Ang
Vacuum ay isang espasyo kung saan walang bagay. Sa inilapat na pisika at teknolohiya, nangangahulugan ito ng isang daluyan kung saan ang isang gas ay nakapaloob sa isang presyon na mas mababa kaysa sa presyon ng atmospera. Ano ang mga rarefied gas noong unang natuklasan ang mga ito?
Mga Pahina ng Kasaysayan
Ang ideya ng kawalan ng laman ay naging punto ng pagtatalo sa loob ng maraming siglo. Sinubukan ng mga bihirang gas na pag-aralan ang mga sinaunang pilosopo ng Griyego at Romano. Si Democritus, Lucretius, ang kanilang mga estudyante ay naniniwala: kung walang libreng espasyo sa pagitan ng mga atomo, ang kanilang paggalaw ay magiging imposible.
Si Aristotle at ang kanyang mga tagasunod ay pinabulaanan ang konseptong ito, sa kanilang palagay, hindi dapat magkaroon ng "kawalan ng laman" sa kalikasan. Noong Middle Ages sa Europe, naging priyoridad ang ideya ng "fear of the void", ginamit ito para sa mga relihiyosong layunin.
Ang mechanics ng Ancient Greece, noong gumagawa ng mga teknikal na device, ay batay sa air rarefaction. Halimbawa, ang mga water pump na gumana nang gumawa ng vacuum sa itaas ng piston ay lumitaw noong panahon ni Aristotle.
Ang bihirang estado ng gas, hangin, ay naging batayan para sa paggawa ng mga piston vacuum pump, na kasalukuyang malawakang ginagamit sa teknolohiya.
Ang kanilang prototype ay ang sikat na piston syringe ng Heron ng Alexandria, na nilikha niyapara maglabas ng nana.
Sa kalagitnaan ng ikalabing pitong siglo, nabuo ang unang vacuum chamber, at pagkaraan ng anim na taon, nagawang imbento ng German scientist na si Otto von Guerick ang unang vacuum pump.
Ang piston cylinder na ito ay madaling nagbomba ng hangin mula sa isang selyadong lalagyan, na lumilikha ng vacuum doon. Ginawa nitong posible na pag-aralan ang mga pangunahing katangian ng bagong estado, upang suriin ang mga katangian ng pagpapatakbo nito.
Tech vacuum
Sa pagsasagawa, ang bihirang estado ng gas, ang hangin ay tinatawag na teknikal na vacuum. Sa malalaking volume, imposibleng makakuha ng ganoong perpektong estado, dahil sa isang tiyak na temperatura ang mga materyales ay may non-zero saturated vapor density.
Ang dahilan ng imposibilidad na makakuha ng perpektong vacuum ay ang paghahatid din ng mga gaseous substance sa pamamagitan ng salamin, mga metal na dingding ng mga sisidlan.
Sa maliit na dami ay lubos na posible na makakuha ng mga rarefied na gas. Bilang sukatan ng rarefaction, ginagamit ang malayang daanan ng mga molekula ng gas na random na nagbabanggaan, gayundin ang linear na sukat ng sisidlan na ginamit.
Ang teknikal na vacuum ay maaaring ituring na isang gas sa isang pipeline o sisidlan na may halaga ng presyon na mas mababa kaysa sa atmospera. Ang mababang vacuum ay nangyayari kapag ang mga atom o molekula ng isang gas ay huminto sa pagbangga sa isa't isa.
Naglalagay ng fore vacuum sa pagitan ng high vacuum pump at atmospheric air, na lumilikha ng paunang vacuum. Sa kaso ng isang kasunod na pagbaba sa silid ng presyon, ang isang pagtaas sa haba ng landas ng mga gas na particle ay sinusunod.mga sangkap.
Kapag ang pressure ay mula sa 10 -9 Pa, isang napakataas na vacuum ang nalilikha. Ang mga bihirang gas na ito ang ginagamit upang magsagawa ng mga eksperimento gamit ang isang scanning tunneling microscope.
Posibleng makakuha ng ganoong estado sa mga pores ng ilang kristal kahit na sa atmospheric pressure, dahil ang diameter ng mga pores ay mas maliit kaysa sa free path ng isang free particle.
Vacuum based appliances
Ang bihirang estado ng gas ay aktibong ginagamit sa mga device na tinatawag na mga vacuum pump. Ang mga getter ay ginagamit upang sumipsip ng mga gas at makakuha ng isang tiyak na antas ng vacuum. Kasama rin sa teknolohiya ng vacuum ang maraming mga aparato na kinakailangan upang kontrolin at sukatin ang estado na ito, pati na rin upang makontrol ang mga bagay, upang maisagawa ang iba't ibang mga teknolohikal na proseso. Ang pinaka kumplikadong mga teknikal na aparato na gumagamit ng mga rarefied na gas ay mga high-vacuum pump. Halimbawa, ang mga diffusion device ay gumagana batay sa paggalaw ng natitirang mga molekula ng gas sa ilalim ng pagkilos ng isang gumaganang daloy ng gas. Kahit na sa kaso ng isang perpektong vacuum, mayroong maliit na thermal radiation kapag naabot ang huling temperatura. Ipinapaliwanag nito ang mga pangunahing katangian ng mga rarefied na gas, halimbawa, ang simula ng thermal equilibrium pagkatapos ng isang tiyak na agwat ng oras sa pagitan ng katawan at mga dingding ng vacuum chamber.
Ang
Rarefied monatomic gas ay isang mahusay na thermal insulator. Sa loob nito, ang paglipat ng thermal energy ay isinasagawa lamang sa tulong ng radiation, ang thermal conductivity at convection ay hindiay sinusunod. Ginagamit ang property na ito sa mga Dewar vessel (thermoses), na binubuo ng dalawang container, kung saan may vacuum.
Malawak ang paggamit ng vacuum sa mga radio tube, halimbawa, mga magnetron ng kinescope, microwave oven.
Pisikal na vacuum
Sa quantum physics, ang ganitong estado ay nangangahulugan ng ground (pinakamababang) energy state ng quantum field, na nailalarawan sa pamamagitan ng zero values ng mga quantum number.
Sa ganitong estado, ang isang monatomic gas ay hindi ganap na walang laman. Ayon sa quantum theory, sistematikong lumilitaw at nawawala ang mga virtual na particle sa pisikal na vacuum, na nagiging sanhi ng zero oscillations ng mga field.
Sa teorya, maraming iba't ibang vacuum ang maaaring umiral nang sabay-sabay, na naiiba sa density ng enerhiya, gayundin sa iba pang pisikal na katangian. Ang ideyang ito ay naging batayan para sa inflationary big bang theory.
False vacuum
Ito ay nangangahulugan ng estado ng field sa quantum theory, na hindi isang estado na may pinakamababang enerhiya. Ito ay matatag sa isang tiyak na yugto ng panahon. May posibilidad na "i-tunnel" ang isang maling estado sa isang tunay na vacuum kapag naabot na ang mga kinakailangang halaga ng mga pangunahing pisikal na dami.
Outer space
Kapag tinatalakay kung ano ang ibig sabihin ng rarefied gas, kailangang pag-isipan ang konsepto ng "cosmic vacuum". Maaari itong ituring na malapit sa pisikal na vacuum, ngunit umiiral sa interstellarspace. Ang mga planeta, ang kanilang mga natural na satellite, maraming mga bituin ay may ilang mga kaakit-akit na pwersa na nagpapanatili sa kapaligiran sa isang tiyak na distansya. Habang lumalayo ka sa ibabaw ng isang stellar object, nagbabago ang density ng rarefied gas.
Halimbawa, mayroong linya ng Karman, na itinuturing na karaniwang kahulugan na may kalawakan ng hangganan ng planeta. Sa likod nito, ang halaga ng isotropic gas pressure ay bumababa nang husto kumpara sa solar radiation at ang dynamic na pressure ng solar wind, kaya mahirap bigyang-kahulugan ang pressure ng isang rarefied gas.
Ang kalawakan ay puno ng mga photon, relic neutrino na mahirap makita.
Mga feature ng pagsukat
Ang antas ng vacuum ay karaniwang tinutukoy ng dami ng substance na nananatili sa system. Ang pangunahing katangian ng pagsukat ng estadong ito ay ang ganap na presyon, bilang karagdagan, ang kemikal na komposisyon ng gas at ang temperatura nito ay isinasaalang-alang.
Ang isang mahalagang parameter para sa vacuum ay ang average na halaga ng haba ng landas ng mga gas na natitira sa system. May dibisyon ng vacuum sa ilang partikular na hanay alinsunod sa teknolohiyang kinakailangan para sa mga sukat: mali, teknikal, pisikal.
Pagbubuo ng vacuum
Ito ang paggawa ng mga produkto mula sa modernong thermoplastic na materyales sa mainit na anyo gamit ang mababang presyon ng hangin o vacuum action.
Ang pagbuo ng vacuum ay itinuturing na isang paraan ng pagguhit, bilang isang resulta kung saan pinainit ang sheet plastic,na matatagpuan sa itaas ng matrix, hanggang sa isang tiyak na halaga ng temperatura. Susunod, inuulit ng sheet ang hugis ng matrix, ito ay dahil sa paglikha ng vacuum sa pagitan nito at ng plastic.
Electrovacuum device
Ang mga ito ay mga device na idinisenyo upang lumikha, magpalakas, at mag-convert ng electromagnetic energy. Sa ganoong aparato, ang hangin ay inalis mula sa nagtatrabaho na espasyo, at isang hindi natatagusan na shell ay ginagamit upang maprotektahan laban sa kapaligiran. Ang mga halimbawa ng mga naturang device ay mga electronic vacuum device, kung saan ang mga electron ay magkasya sa isang vacuum. Ang mga incandescent lamp ay maaari ding ituring na mga vacuum device.
Mga gas sa mababang presyon
Ang isang gas ay tinatawag na rarefied kung ang density nito ay bale-wala, at ang haba ng molecular path ay maihahambing sa laki ng sisidlan kung saan matatagpuan ang gas. Sa ganoong estado, ang pagbaba sa bilang ng mga electron ay sinusunod sa proporsyon sa density ng gas.
Sa kaso ng isang napakabihirang gas, halos walang panloob na friction. Sa halip, lumilitaw ang panlabas na alitan ng gumagalaw na gas laban sa mga dingding, na ipinaliwanag ng pagbabago sa momentum ng mga molekula kapag bumangga sila sa sisidlan. Sa ganoong sitwasyon, mayroong direktang proporsyonalidad sa pagitan ng bilis ng mga particle at density ng gas.
Sa kaso ng mababang vacuum, ang mga madalas na banggaan sa pagitan ng mga particle ng gas sa buong volume ay sinusunod, na sinamahan ng isang matatag na pagpapalitan ng thermal energy. Ipinapaliwanag nito ang transfer phenomenon (diffusion, thermal conductivity), na aktibong ginagamit sa modernong teknolohiya.
Pagkuha ng mga rarefied gas
Ang siyentipikong pag-aaral at pagpapaunlad ng mga vacuum device ay nagsimula noong kalagitnaan ng ikalabing pitong siglo. Noong 1643, ang Italian Torricelli ay pinamamahalaang upang matukoy ang halaga ng atmospheric pressure, at pagkatapos ng pag-imbento ng isang mekanikal na piston pump na may espesyal na water seal ni O. Guericke, isang tunay na pagkakataon ang lumitaw para sa pagsasagawa ng maraming pag-aaral ng mga katangian ng isang rarefied gas. Kasabay nito, pinag-aralan ang mga posibilidad ng epekto ng vacuum sa mga nabubuhay na nilalang. Ang mga eksperimento na isinagawa sa vacuum na may electric discharge ay nag-ambag sa pagtuklas ng negatibong electron, X-ray radiation.
Salamat sa kakayahan ng vacuum sa init-insulating, naging posible na ipaliwanag ang mga paraan ng paglipat ng init, ang paggamit ng teoretikal na impormasyon para sa pagbuo ng modernong cryogenic na teknolohiya.
Paggamit ng vacuum
Noong 1873 naimbento ang unang electrovacuum device. Sila ay naging isang maliwanag na lampara, na nilikha ng Russian physicist na si Lodygin. Mula noon, lumawak ang praktikal na paggamit ng teknolohiya ng vacuum, lumitaw ang mga bagong pamamaraan para sa pagkuha at pag-aaral ng estadong ito.
Nagawa ang iba't ibang uri ng vacuum pump sa maikling panahon:
- rotational;
- cryosorption;
- molecular;
- diffusion.
Sa simula ng ikadalawampu siglo, nagawang pahusayin ng akademikong si Lebedev ang siyentipikong pundasyon ng industriya ng vacuum. Hanggang sa kalagitnaan ng huling siglo, hindi pinahintulutan ng mga siyentipiko ang posibilidad na makakuha ng pressure na mas mababa sa 10-6 Pa.
BSa kasalukuyan, ang mga vacuum system ay ginawang all-metal upang maiwasan ang pagtagas. Ang mga vacuum cryogenic pump ay ginagamit hindi lamang sa mga research laboratories, kundi pati na rin sa iba't ibang industriya.
Halimbawa, pagkatapos ng pagbuo ng mga espesyal na paraan ng paglikas na hindi nagpaparumi sa bagay na ginamit, lumitaw ang mga bagong prospect para sa paggamit ng teknolohiya ng vacuum. Sa chemistry, ang mga ganitong sistema ay aktibong ginagamit para sa qualitative at quantitative analysis ng mga katangian ng purong substance, paghihiwalay ng mixture sa mga bahagi, at analysis ng rate ng iba't ibang proseso.
