Po definiciji v fiziki koncept "vakuma" pomeni odsotnost kakršne koli snovi in elementov snovi v določenem prostoru, v tem primeru govorimo o absolutnem vakuumu. Delni vakuum opazimo, ko je gostota snovi na določenem mestu v prostoru nizka. Oglejmo si to vprašanje podrobneje v članku.
Vakum in tlak
V definiciji pojma "absolutni vakuum" govorimo o gostoti snovi. Iz fizike je znano, da če upoštevamo plinasto snov, je gostota snovi neposredno sorazmerna s tlakom. Po drugi strani, ko govorimo o delnem vakuumu, pomenimo, da je gostota delcev snovi v danem prostoru manjša od gostote zraka pri normalnem atmosferskem tlaku. Zato je vprašanje vakuuma vprašanje tlaka v zadevnem sistemu.
V fiziki je absolutni tlak količina, enaka razmerju sile(merjeno v newtonih (N)), ki se nanese pravokotno na neko površino, na površino te površine (merjeno v kvadratnih metrih), to je P=F / S, kjer je P tlak, F sila, S je površina. Enota tlaka je pascal (Pa), torej 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
delni vakuum
Poskusno je bilo ugotovljeno, da je pri temperaturi 20 °C na zemeljskem površju na morski gladini atmosferski tlak 101.325 Pa. Ta tlak se imenuje 1. atmosfera (atm.). Približno lahko rečemo, da je tlak 1 atm. enako 0,1 MPa. Ko odgovorimo na vprašanje, koliko atmosfer je v 1 pascalu, sestavimo ustrezen delež in dobimo, da je 1 Pa=10-5 atm. Delni vakuum ustreza vsakemu tlaku v obravnavanem prostoru, ki je manjši od 1 atm.
Če navedene številke prevedemo iz jezika pritiska v jezik števila delcev, potem je treba reči, da pri 1 atm. 1 m3 zraka vsebuje približno 1025 molekul. Vsako zmanjšanje poimenovane koncentracije molekul vodi do nastanka delnega vakuuma.
Merenje vakuuma
Najpogostejša naprava za merjenje majhnega vakuuma je običajen barometer, ki se lahko uporablja le, če je tlak plina nekaj deset odstotkov atmosferskega.
Za merjenje višjih vrednosti vakuuma se uporablja električni tokokrog z Wheatstoneovim mostom. Ideja uporabe je meritiodpornost senzorskega elementa, ki je odvisna od okoliške koncentracije molekul v plinu. Večja kot je ta koncentracija, več molekul udari v zaznavni element in več toplote jim prenese, to vodi do znižanja temperature elementa, kar vpliva na njegov električni upor. Ta naprava lahko meri vakuum s tlaki 0,001 atm.
Zgodovinsko ozadje
Zanimivo je, da so pojem "absolutnega vakuuma" v celoti zavrnili slavni starogrški filozofi, kot je Aristotel. Poleg tega je bil obstoj atmosferskega tlaka znan šele v začetku 17. stoletja. Šele s prihodom nove dobe so se začeli izvajati poskusi s cevkami, napolnjenimi z vodo in živim srebrom, kar je pokazalo, da zemeljska atmosfera pritiska na vsa okoliška telesa. Zlasti leta 1648 je Blaise Pascal lahko izmeril tlak z živosrebrnim barometrom na nadmorski višini 1000 metrov. Izmerjena vrednost se je izkazala za precej nižjo kot na gladini morja, s čimer je znanstvenik dokazal obstoj atmosferskega tlaka.
Prvi poskus, ki je jasno pokazal moč atmosferskega tlaka in tudi poudaril koncept vakuuma, je bil izveden v Nemčiji leta 1654, zdaj znan kot eksperiment Magdeburške sfere. Leta 1654 je nemški fizik Otto von Guericke uspel tesno povezati dve kovinski polobli s premerom le 30 cm, nato pa je iz nastale strukture črpal zrak in tako ustvarildelni vakuum. Zgodba pravi, da dve vpregi po 8 konj, ki sta vlekli v nasprotni smeri, nista mogli ločiti teh krogel.
Absolutni vakuum: ali obstaja?
Z drugimi besedami, ali obstaja mesto v vesolju, ki ne vsebuje nobene snovi. Sodobne tehnologije omogočajo ustvarjanje vakuuma 10-10 Pa in še manj, vendar ta absolutni tlak ne pomeni, da v obravnavanem sistemu ne ostane nobenih delcev snovi.
Obrnimo se zdaj na najbolj prazen prostor v vesolju - na odprt prostor. Kolikšen je tlak v vakuumu prostora? Tlak v vesolju okoli Zemlje je 10-8 Pa, pri tem tlaku je približno 2 milijona molekul v prostornini 1 cm3. Če govorimo o medgalaktičnem prostoru, potem je po mnenju znanstvenikov tudi v njem vsaj 1 atom v prostornini 1 cm3. Poleg tega je naše vesolje prežeto z elektromagnetnim sevanjem, katerega nosilci so fotoni. Elektromagnetno sevanje je energija, ki jo je mogoče pretvoriti v ustrezno maso po slavni Einsteinovi formuli (E=mc2), to pomeni, da je energija skupaj s snovjo stanje snovi. To vodi do zaključka, da v vesolju, ki ga poznamo, ni absolutnega vakuuma.
