Vakum ialah ruang yang tidak ada jirim di dalamnya. Dalam fizik dan teknologi gunaan, ia bermaksud medium di mana gas terkandung pada tekanan kurang daripada tekanan atmosfera. Apakah gas yang jarang ditemui semasa pertama kali ditemui?
Halaman Sejarah
Idea tentang kekosongan telah menjadi titik pertikaian selama berabad-abad. Gas jarang cuba menganalisis ahli falsafah Yunani dan Rom kuno. Democritus, Lucretius, pelajar mereka percaya: jika tiada ruang kosong di antara atom, pergerakan mereka akan menjadi mustahil.
Aristotle dan pengikutnya menyangkal konsep ini, pada pendapat mereka, seharusnya tidak ada "kekosongan" dalam alam semula jadi. Pada Zaman Pertengahan di Eropah, idea "takut akan kekosongan" menjadi keutamaan, ia digunakan untuk tujuan keagamaan.
Mekanik Greece Purba, semasa mencipta peranti teknikal, adalah berdasarkan jarang udara. Contohnya, pam air yang berfungsi apabila vakum dicipta di atas omboh muncul pada zaman Aristotle.
Keadaan gas jarang, udara, telah menjadi asas bagi pembuatan pam vakum omboh, yang kini digunakan secara meluas dalam teknologi.
Prototaip mereka ialah picagari omboh terkenal Heron of Alexandria, dicipta olehnyauntuk mengeluarkan nanah.
Pada pertengahan abad ketujuh belas, ruang hampagas pertama telah dibangunkan, dan enam tahun kemudian, saintis Jerman Otto von Guerick berjaya mencipta pam vakum pertama.
Silinder omboh ini dengan mudah mengepam udara keluar dari bekas tertutup, mewujudkan vakum di sana. Ini membolehkan anda mengkaji ciri utama negeri baharu, menganalisis sifat operasinya.
vakum teknologi
Dalam amalan, keadaan gas jarang, udara dipanggil vakum teknikal. Dalam jumlah yang besar, adalah mustahil untuk memperoleh keadaan ideal seperti itu, kerana pada suhu tertentu bahan mempunyai ketumpatan wap tepu bukan sifar.
Punca ketidakmungkinan mendapatkan vakum yang ideal adalah juga penghantaran bahan gas melalui kaca, dinding logam kapal.
Dalam kuantiti yang kecil adalah sangat mungkin untuk mendapatkan gas terlarang. Sebagai ukuran rarefaction, laluan bebas molekul gas yang berlanggar secara rawak, serta saiz linear kapal yang digunakan digunakan.
Vakum teknikal boleh dianggap sebagai gas dalam saluran paip atau vesel dengan nilai tekanan kurang daripada di atmosfera. Vakum rendah berlaku apabila atom atau molekul gas berhenti berlanggar antara satu sama lain.
Sebuah vakum hadapan diletakkan di antara pam vakum tinggi dan udara atmosfera, yang menghasilkan vakum awal. Dalam kes penurunan seterusnya dalam ruang tekanan, peningkatan dalam panjang laluan zarah gas diperhatikan.bahan.
Apabila tekanan adalah dari 10 -9 Pa, vakum ultra-tinggi tercipta. Gas-gas langka inilah yang digunakan untuk menjalankan eksperimen menggunakan mikroskop pengimbasan terowong.
Adalah mungkin untuk memperoleh keadaan sedemikian dalam pori-pori sesetengah kristal walaupun pada tekanan atmosfera, kerana diameter pori-pori adalah jauh lebih kecil daripada laluan bebas zarah bebas.
Perkakas berasaskan vakum
Keadaan jarang gas digunakan secara aktif dalam peranti yang dipanggil pam vakum. Getter digunakan untuk menyedut gas dan mendapatkan tahap vakum tertentu. Teknologi vakum juga termasuk banyak peranti yang diperlukan untuk mengawal dan mengukur keadaan ini, serta untuk mengawal objek, untuk menjalankan pelbagai proses teknologi. Peranti teknikal paling kompleks yang menggunakan gas jarang adalah pam vakum tinggi. Sebagai contoh, peranti resapan beroperasi berdasarkan pergerakan molekul gas sisa di bawah tindakan aliran gas yang berfungsi. Walaupun dalam kes vakum yang ideal, terdapat sedikit sinaran haba apabila suhu akhir dicapai. Ini menerangkan sifat-sifat utama gas jarang, contohnya, permulaan keseimbangan terma selepas selang masa tertentu antara badan dan dinding ruang vakum.
Gas monatomik langka ialah penebat haba yang sangat baik. Di dalamnya, pemindahan tenaga haba dijalankan hanya dengan bantuan sinaran, kekonduksian terma dan perolakan tidakdiperhatikan. Harta ini digunakan dalam bekas Dewar (thermoses), yang terdiri daripada dua bekas, di antaranya terdapat vakum.
Vakum telah menemui aplikasi yang meluas dalam tiub radio, contohnya, magnetron kineskop, ketuhar gelombang mikro.
Vakum fizikal
Dalam fizik kuantum, keadaan sedemikian bermaksud keadaan tenaga tanah (paling rendah) medan kuantum, yang dicirikan oleh nilai sifar nombor kuantum.
Dalam keadaan ini, gas monatomik tidak kosong sepenuhnya. Menurut teori kuantum, zarah maya secara sistematik muncul dan hilang dalam vakum fizikal, yang menyebabkan sifar ayunan medan.
Secara teorinya, beberapa vakum berbeza boleh wujud serentak, yang berbeza dalam ketumpatan tenaga, serta ciri fizikal lain. Idea ini menjadi asas kepada teori letupan besar inflasi.
vakum palsu
Ia bermaksud keadaan medan dalam teori kuantum, yang bukan keadaan dengan tenaga minimum. Ia stabil dalam tempoh masa tertentu. Terdapat kemungkinan "menerowong" keadaan palsu ke dalam vakum sebenar apabila nilai yang diperlukan bagi kuantiti fizik utama dicapai.
Angkasa lepas
Apabila membincangkan maksud gas jarang, adalah perlu untuk memikirkan konsep "kosmik kosmik". Ia boleh dianggap hampir dengan vakum fizikal, tetapi wujud di antara bintangangkasa lepas. Planet-planet, satelit semulajadi mereka, banyak bintang mempunyai daya tarikan tertentu yang mengekalkan atmosfera pada jarak tertentu. Apabila anda bergerak menjauhi permukaan objek bintang, ketumpatan gas jarang berubah.
Sebagai contoh, terdapat garis Karman, yang dianggap sebagai takrifan biasa dengan ruang luar sempadan planet. Di belakangnya, nilai tekanan gas isotropik menurun secara mendadak berbanding dengan sinaran suria dan tekanan dinamik angin suria, jadi sukar untuk mentafsir tekanan gas jarang.
Angkasa lepas penuh dengan foton, neutrino peninggalan yang sukar dikesan.
Ciri ukuran
Tahap vakum biasanya ditentukan oleh jumlah bahan yang kekal dalam sistem. Ciri utama pengukuran keadaan ini ialah tekanan mutlak, di samping itu, komposisi kimia gas dan suhunya diambil kira.
Parameter penting untuk vakum ialah nilai purata panjang laluan gas yang tinggal dalam sistem. Terdapat pembahagian vakum kepada julat tertentu mengikut teknologi yang diperlukan untuk pengukuran: palsu, teknikal, fizikal.
Membentuk vakum
Ini ialah pembuatan produk daripada bahan termoplastik moden dalam bentuk panas menggunakan tekanan udara rendah atau tindakan vakum.
Pembentukan vakum dianggap sebagai kaedah lukisan, akibatnya lembaran plastik dipanaskan,terletak di atas matriks, sehingga nilai suhu tertentu. Seterusnya, helaian mengulangi bentuk matriks, ini disebabkan oleh penciptaan vakum di antaranya dan plastik.
Peranti elektrovakum
Ia adalah peranti yang direka untuk mencipta, menguatkan dan menukar tenaga elektromagnet. Dalam peranti sedemikian, udara dikeluarkan dari ruang kerja, dan cangkerang tidak telap digunakan untuk melindungi daripada persekitaran. Contoh peranti sedemikian ialah peranti vakum elektronik, di mana elektron dimuatkan dalam vakum. Lampu pijar juga boleh dianggap sebagai peranti vakum.
Gas pada tekanan rendah
Gas dipanggil rarefied jika ketumpatannya boleh diabaikan, dan panjang laluan molekul adalah setanding dengan saiz bekas di mana gas itu berada. Dalam keadaan sedemikian, pengurangan dalam bilangan elektron diperhatikan mengikut kadar ketumpatan gas.
Dalam kes gas sangat jarang, hampir tiada geseran dalaman. Sebaliknya, geseran luar gas yang bergerak terhadap dinding muncul, yang dijelaskan oleh perubahan dalam momentum molekul apabila ia berlanggar dengan kapal. Dalam keadaan sedemikian, terdapat perkadaran langsung antara kelajuan zarah dan ketumpatan gas.
Dalam kes vakum rendah, perlanggaran kerap antara zarah gas dalam isipadu penuh diperhatikan, yang disertai dengan pertukaran tenaga haba yang stabil. Ini menerangkan fenomena pemindahan (resapan, kekonduksian terma), yang digunakan secara aktif dalam teknologi moden.
Mendapatkan gas jarang
Kajian saintifik dan pembangunan peranti vakum bermula pada pertengahan abad ketujuh belas. Pada tahun 1643, Torricelli Itali berjaya menentukan nilai tekanan atmosfera, dan selepas penciptaan pam omboh mekanikal dengan pengedap air khas oleh O. Guericke, peluang sebenar muncul untuk menjalankan banyak kajian tentang ciri-ciri gas jarang. Pada masa yang sama, kemungkinan kesan vakum pada makhluk hidup telah dikaji. Eksperimen yang dijalankan dalam vakum dengan nyahcas elektrik menyumbang kepada penemuan elektron negatif, sinaran sinar-X.
Terima kasih kepada keupayaan penebat haba vakum, menjadi mungkin untuk menerangkan kaedah pemindahan haba, menggunakan maklumat teori untuk pembangunan teknologi kriogenik moden.
Menggunakan vakum
Pada tahun 1873 peranti elektrovakum pertama telah dicipta. Mereka menjadi lampu pijar, dicipta oleh ahli fizik Rusia Lodygin. Sejak masa itu, penggunaan praktikal teknologi vakum telah berkembang, kaedah baharu untuk mendapatkan dan mengkaji keadaan ini telah muncul.
Pelbagai jenis pam vakum telah dibuat dalam tempoh yang singkat:
- putaran;
- cryosorption;
- molekul;
- penyebaran.
Pada awal abad kedua puluh, ahli akademik Lebedev berjaya meningkatkan asas saintifik industri vakum. Sehingga pertengahan abad yang lalu, saintis tidak membenarkan kemungkinan mendapatkan tekanan kurang daripada 10-6 Pa.
BPada masa ini, sistem vakum dibina semua logam untuk mengelakkan kebocoran. Pam kriogenik vakum digunakan bukan sahaja di makmal penyelidikan, tetapi juga dalam pelbagai industri.
Sebagai contoh, selepas pembangunan kaedah pemindahan khas yang tidak mencemarkan objek yang digunakan, prospek baru untuk penggunaan teknologi vakum telah muncul. Dalam kimia, sistem sedemikian digunakan secara aktif untuk analisis kualitatif dan kuantitatif sifat bahan tulen, pengasingan campuran kepada komponen, dan analisis kadar pelbagai proses.
