Vakuum is 'n ruimte waarin daar geen materie is nie. In toegepaste fisika en tegnologie beteken dit 'n medium waarin 'n gas vervat is teen 'n druk wat minder is as atmosferiese druk. Wat was verdroogde gasse toe dit die eerste keer ontdek is?
Geskiedenisbladsye
Die idee van leegheid is al eeue lank 'n twispunt. Seldsame gasse het probeer om die antieke Griekse en Romeinse filosowe te ontleed. Democritus, Lucretius, hul studente het geglo: as daar geen vrye spasie tussen die atome was nie, sou hul beweging onmoontlik wees.
Aristoteles en sy volgelinge het hierdie konsep weerlê, na hulle mening behoort daar geen "leegheid" in die natuur te wees nie. In die Middeleeue in Europa het die idee van "vrees vir die leemte" 'n prioriteit geword, dit is vir godsdienstige doeleindes gebruik.
Die meganika van Antieke Griekeland, wanneer tegniese toestelle geskep is, was gebaseer op lugverwydering. Waterpompe wat byvoorbeeld gefunksioneer het toe 'n vakuum bo die suier geskep is, het in die tyd van Aristoteles verskyn.
Die verswakte toestand van gas, lug, het die basis geword vir die vervaardiging van suiervakuumpompe, wat tans wyd in tegnologie gebruik word.
Hul prototipe was die bekende suierspuit van Heron of Alexandria, wat deur hom geskep isom etter uit te trek.
In die middel van die sewentiende eeu is die eerste vakuumkamer ontwikkel, en ses jaar later het die Duitse wetenskaplike Otto von Guerick daarin geslaag om die eerste vakuumpomp uit te vind.
Hierdie suiersilinder het maklik lug uit 'n verseëlde houer gepomp en 'n vakuum daar geskep. Dit het dit moontlik gemaak om die hoofkenmerke van die nuwe staat te bestudeer, om sy operasionele eienskappe te ontleed.
Tech vakuum
In die praktyk, die verswakte toestand van gas, word lug tegniese vakuum genoem. In groot volumes is dit onmoontlik om so 'n ideale toestand te verkry, aangesien die materiale by 'n sekere temperatuur 'n nie-nul versadigde dampdigtheid het.
Die rede vir die onmoontlikheid om 'n ideale vakuum te verkry, is ook die oordrag van gasvormige stowwe deur glas, metaalwande van vate.
In klein hoeveelhede is dit heel moontlik om versuurde gasse te verkry. As 'n maatstaf van rarfaksie word die vrye pad van gasmolekules wat lukraak bots, sowel as die lineêre grootte van die vaartuig wat gebruik word, gebruik.
Tegniese vakuum kan beskou word as 'n gas in 'n pypleiding of vaartuig met 'n drukwaarde minder as in die atmosfeer. 'n Lae vakuum vind plaas wanneer die atome of molekules van 'n gas ophou om met mekaar te bots.
'n Voorvakuum word tussen die hoë vakuumpomp en atmosferiese lug geplaas, wat 'n voorlopige vakuum skep. In die geval van 'n daaropvolgende afname in die drukkamer, word 'n toename in die padlengte van gasvormige deeltjies waargeneem.stowwe.
Wanneer die druk vanaf 10 -9 Pa is, word 'n ultrahoë vakuum geskep. Dit is hierdie verskeurde gasse wat gebruik word om eksperimente uit te voer met 'n skandeertonnelmikroskoop.
Dit is moontlik om so 'n toestand in die porieë van sommige kristalle te verkry selfs by atmosferiese druk, aangesien die deursnee van die porieë baie kleiner is as die vrye pad van 'n vrye deeltjie.
Vakuumgebaseerde toestelle
Die verswakte toestand van die gas word aktief gebruik in toestelle wat vakuumpompe genoem word. Getters word gebruik om gasse te suig en 'n sekere mate van vakuum te verkry. Vakuumtegnologie sluit ook talle toestelle in wat nodig is om hierdie toestand te beheer en te meet, asook om voorwerpe te beheer, om verskeie tegnologiese prosesse uit te voer. Die mees komplekse tegniese toestelle wat versuurde gasse gebruik, is hoëvakuumpompe. Diffusie-toestelle werk byvoorbeeld op grond van die beweging van oorblywende gasmolekules onder die werking van 'n werkende gasvloei. Selfs in die geval van 'n ideale vakuum, is daar min termiese straling wanneer die finale temperatuur bereik word. Dit verklaar die hoofeienskappe van verskeurde gasse, byvoorbeeld die aanvang van termiese ewewig na 'n sekere tydsinterval tussen die liggaam en die wande van die vakuumkamer.
Verseld monatomiese gas is 'n uitstekende termiese isolator. Daarin word die oordrag van termiese energie slegs met behulp van straling uitgevoer, termiese geleidingsvermoë en konveksie word nie uitgevoer nie.waargeneem word. Hierdie eiendom word gebruik in Dewar-vate (thermoses), wat bestaan uit twee houers, waartussen daar 'n vakuum is.
Vacuum het wye toepassing gevind in radiobuise, byvoorbeeld magnetrone van kineskope, mikrogolfoonde.
Fisiese vakuum
In kwantumfisika beteken so 'n toestand die grond (laagste) energietoestand van die kwantumveld, wat gekenmerk word deur nulwaardes van kwantumgetalle.
In hierdie toestand is 'n monatomiese gas nie heeltemal leeg nie. Volgens kwantumteorie verskyn en verdwyn virtuele deeltjies stelselmatig in die fisiese vakuum, wat nul ossillasies van velde veroorsaak.
Teoreties kan verskeie verskillende vakuums gelyktydig bestaan, wat verskil in energiedigtheid, sowel as ander fisiese eienskappe. Hierdie idee het die basis geword vir inflasionêre oerkn alteorie.
Valse vakuum
Dit beteken die toestand van die veld in kwantumteorie, wat nie 'n toestand met 'n minimum energie is nie. Dit is stabiel oor 'n sekere tydperk. Daar is 'n moontlikheid om 'n valse toestand in 'n ware vakuum te "tonnel" wanneer die vereiste waardes van die belangrikste fisiese hoeveelhede bereik word.
Buitenruimte
Wanneer bespreek word wat 'n verskeurde gas beteken, is dit nodig om stil te staan by die konsep van "kosmiese vakuum". Dit kan beskou word as naby aan die fisiese vakuum, maar bestaan in die interstellêrespasie. Die planete, hul natuurlike satelliete, baie sterre het sekere aantrekkingskragte wat die atmosfeer op 'n sekere afstand hou. Soos jy wegbeweeg van die oppervlak van 'n stervoorwerp, verander die digtheid van verskeurde gas.
Daar is byvoorbeeld die Karman-lyn, wat as 'n algemene definisie met die buitenste ruimte van die planeet se grens beskou word. Daaragter neem die waarde van die isotropiese gasdruk skerp af in vergelyking met sonbestraling en die dinamiese druk van die sonwind, dus is dit moeilik om die druk van 'n verskeurde gas te interpreteer.
Die buitenste ruimte is vol fotone, oorblyfsels neutrino's wat moeilik is om op te spoor.
Meetkenmerke
Die graad van vakuum word gewoonlik bepaal deur die hoeveelheid stof wat in die sisteem oorbly. Die hoofkenmerk van die meting van hierdie toestand is die absolute druk, daarby word die chemiese samestelling van die gas en sy temperatuur in ag geneem.
'n Belangrike parameter vir vakuum is die gemiddelde waarde van die padlengte van die gasse wat in die stelsel oorbly. Daar is 'n verdeling van vakuum in sekere reekse in ooreenstemming met die tegnologie wat nodig is vir metings: vals, tegnies, fisies.
Vakuumvorming
Dit is die vervaardiging van produkte van moderne termoplastiese materiale in warm vorm deur lae lugdruk of vakuumaksie te gebruik.
Vakuumvorming word as 'n tekenmetode beskou, waardeur plaatplastiek verhit word,geleë bokant die matriks, tot 'n sekere temperatuurwaarde. Vervolgens herhaal die vel die vorm van die matriks, dit is as gevolg van die skep van 'n vakuum tussen dit en die plastiek.
Elektrovakuumtoestelle
Hulle is toestelle wat ontwerp is om elektromagnetiese energie te skep, te versterk en om te skakel. In so 'n toestel word lug uit die werkruimte verwyder, en 'n ondeurdringbare dop word gebruik om teen die omgewing te beskerm. Voorbeelde van sulke toestelle is elektroniese vakuumtoestelle, waar die elektrone in 'n vakuum pas. Gloeilampe kan ook as vakuumtoestelle beskou word.
Gasse teen lae druk
'n Gas word verdroog genoem as die digtheid daarvan weglaatbaar is, en die lengte van die molekulêre pad is vergelykbaar met die grootte van die houer waarin die gas geleë is. In so 'n toestand word 'n afname in die aantal elektrone waargeneem in verhouding tot die digtheid van die gas.
In die geval van 'n hoogs verskeurde gas, is daar feitlik geen interne wrywing nie. In plaas daarvan verskyn eksterne wrywing van die bewegende gas teen die mure, wat verklaar word deur die verandering in die momentum van die molekules wanneer hulle met die vaartuig bots. In so 'n situasie is daar 'n direkte eweredigheid tussen die spoed van deeltjies en die digtheid van die gas.
In die geval van lae vakuum word gereelde botsings tussen gasdeeltjies in volle volume waargeneem, wat gepaard gaan met 'n stabiele uitruil van termiese energie. Dit verklaar die oordragverskynsel (diffusie, termiese geleidingsvermoë), wat aktief in moderne tegnologie gebruik word.
Verkryging van versuurde gasse
Die wetenskaplike studie en ontwikkeling van vakuumtoestelle het in die middel van die sewentiende eeu begin. In 1643 het die Italianer Torricelli daarin geslaag om die waarde van atmosferiese druk te bepaal, en na die uitvinding van 'n meganiese suierpomp met 'n spesiale waterseël deur O. Guericke, het 'n werklike geleentheid verskyn vir die uitvoer van talle studies oor die eienskappe van 'n verdroogde gas. Terselfdertyd is die moontlikhede van die impak van vakuum op lewende wesens bestudeer. Eksperimente wat in 'n vakuum met 'n elektriese ontlading uitgevoer is, het bygedra tot die ontdekking van 'n negatiewe elektron, X-straalbestraling.
Danksy die hitte-isolerende vermoë van vakuum, het dit moontlik geword om die metodes van hitte-oordrag te verduidelik, om teoretiese inligting te gebruik vir die ontwikkeling van moderne kryogeniese tegnologie.
Gebruik 'n vakuum
In 1873 is die eerste elektrovakuumtoestel uitgevind. Hulle het 'n gloeilamp geword, geskep deur die Russiese fisikus Lodygin. Sedert daardie tyd het die praktiese gebruik van vakuumtegnologie uitgebrei, nuwe metodes om hierdie toestand te verkry en te bestudeer, het verskyn.
Verskeie tipes vakuumpompe is in 'n kort tydperk geskep:
- rotasie;
- kryosorpsie;
- molecular;
- diffusie.
Aan die begin van die twintigste eeu het akademikus Lebedev daarin geslaag om die wetenskaplike grondslae van die vakuumbedryf te verbeter. Tot die middel van die vorige eeu het wetenskaplikes nie die moontlikheid toegelaat om 'n druk van minder as 10-6 Pa te verkry nie.
BTans is vakuumstelsels volledig van metaal gebou om lekkasie te voorkom. Vakuum kryogeniese pompe word nie net in navorsingslaboratoriums gebruik nie, maar ook in verskeie nywerhede.
Byvoorbeeld, na die ontwikkeling van spesiale ontruimingsmiddels wat nie die voorwerp wat gebruik word besoedel nie, het nuwe vooruitsigte vir die gebruik van vakuumtegnologie verskyn. In chemie word sulke stelsels aktief gebruik vir kwalitatiewe en kwantitatiewe ontleding van die eienskappe van suiwer stowwe, skeiding van 'n mengsel in komponente, en ontleding van die tempo van verskeie prosesse.
