Vakuumi është një hapësirë në të cilën nuk ka materie. Në fizikën dhe teknologjinë e aplikuar, do të thotë një mjedis në të cilin një gaz gjendet në një presion më të vogël se presioni atmosferik. Cilat ishin gazrat e rralluar kur u zbuluan për herë të parë?
Faqet e historisë
Ideja e zbrazëtisë ka qenë një pikë diskutimi për shekuj. Gazrat e rrallë u përpoqën të analizonin filozofët e lashtë grekë dhe romakë. Demokriti, Lucretius, studentët e tyre besonin: nëse nuk do të kishte hapësirë të lirë midis atomeve, lëvizja e tyre do të ishte e pamundur.
Aristoteli dhe pasuesit e tij e hodhën poshtë këtë koncept, sipas mendimit të tyre, nuk duhet të ketë "zbrazëti" në natyrë. Në mesjetë në Evropë, ideja e "frikës nga boshllëku" u bë prioritet, ajo u përdor për qëllime fetare.
Mekanika e Greqisë së Lashtë, kur krijonte pajisjet teknike, bazohej në rrallimin e ajrit. Për shembull, pompat e ujit që funksionuan kur u krijua një vakum mbi piston u shfaqën në kohën e Aristotelit.
Gjendja e rrallë e gazit, ajrit, është bërë baza për prodhimin e pompave me vakum pistoni, të cilat aktualisht përdoren gjerësisht në teknologji.
Prototipi i tyre ishte shiringa e famshme e pistonit e Heronit të Aleksandrisë, e krijuar prej tijpër të nxjerrë qelbin.
Në mesin e shekullit të shtatëmbëdhjetë, u krijua dhoma e parë me vakum dhe gjashtë vjet më vonë, shkencëtari gjerman Otto von Guerick arriti të shpikë pompën e parë të vakumit.
Ky cilindër pistoni pomponte lehtësisht ajrin nga një enë e mbyllur, duke krijuar një vakum atje. Kjo bëri të mundur studimin e karakteristikave kryesore të shtetit të ri, analizimin e vetive të tij operative.
Vakum teknik
Në praktikë, gjendja e rrallë e gazit, ajrit quhet vakum teknik. Në vëllime të mëdha, është e pamundur të arrihet një gjendje kaq ideale, pasi në një temperaturë të caktuar materialet kanë një densitet avulli të ngopur jo zero.
Arsyeja e pamundësisë së marrjes së një vakumi ideal është edhe transmetimi i substancave të gazta përmes xhamit, mureve metalike të enëve.
Në sasi të vogla është mjaft e mundur të përftohen gazra të rrallë. Si masë e rrallimit, përdoret rruga e lirë e molekulave të gazit që përplasen rastësisht, si dhe madhësia lineare e enës së përdorur.
Vakuumi teknik mund të konsiderohet një gaz në një tubacion ose anije me një vlerë presioni më të vogël se në atmosferë. Një vakum i ulët ndodh kur atomet ose molekulat e një gazi ndalojnë përplasjen me njëri-tjetrin.
Një vakum përpara vendoset midis pompës me vakum të lartë dhe ajrit atmosferik, i cili krijon një vakum paraprak. Në rastin e një uljeje të mëvonshme të dhomës së presionit, vërehet një rritje në gjatësinë e rrugës së grimcave të gazta.substanca.
Kur presioni është nga 10 -9 Pa, krijohet një vakum ultra i lartë. Janë këta gazra të rrallë që përdoren për të kryer eksperimente duke përdorur një mikroskop tunelimi skanues.
Është e mundur të arrihet një gjendje e tillë në poret e disa kristaleve edhe në presionin atmosferik, pasi diametri i poreve është shumë më i vogël se rruga e lirë e një grimce të lirë.
pajisje me vakum
Gjendja e rralluar e gazit përdoret në mënyrë aktive në pajisjet e quajtura pompa vakum. Marrësit përdoren për të thithur gazra dhe për të marrë një shkallë të caktuar vakumi. Teknologjia e vakumit përfshin gjithashtu pajisje të shumta që janë të nevojshme për të kontrolluar dhe matur këtë gjendje, si dhe për të kontrolluar objektet, për të kryer procese të ndryshme teknologjike. Pajisjet teknike më komplekse që përdorin gazra të rrallë janë pompat me vakum të lartë. Për shembull, pajisjet e difuzionit funksionojnë në bazë të lëvizjes së molekulave të gazit të mbetur nën veprimin e një rrjedhje gazi të punës. Edhe në rastin e një vakumi ideal, ka pak rrezatim termik kur arrihet temperatura përfundimtare. Kjo shpjegon vetitë kryesore të gazeve të rralluar, për shembull, fillimin e ekuilibrit termik pas një intervali të caktuar kohor midis trupit dhe mureve të dhomës së vakumit.
Gazi monoatomik i rrallë është një izolues i shkëlqyer termik. Në të, transferimi i energjisë termike kryhet vetëm me ndihmën e rrezatimit, përçueshmëria termike dhe konvekcioni nuk janëjanë vërejtur. Kjo veti përdoret në enët Dewar (termoza), të përbërë nga dy kontejnerë, ndërmjet të cilëve ka një vakum.
Vakuumi ka gjetur aplikim të gjerë në tubat e radios, për shembull, magnetronet e kineskopëve, furrat me mikrovalë.
vakum fizik
Në fizikën kuantike, një gjendje e tillë nënkupton gjendjen energjetike bazë (më të ulët) të fushës kuantike, e cila karakterizohet nga vlera zero të numrave kuantikë.
Në këtë gjendje, një gaz monoatomik nuk është plotësisht bosh. Sipas teorisë kuantike, grimcat virtuale shfaqen dhe zhduken sistematikisht në vakum fizik, gjë që shkakton lëkundje zero të fushave.
Teorikisht, disa vakum të ndryshëm mund të ekzistojnë njëkohësisht, të cilat ndryshojnë në densitetin e energjisë, si dhe në karakteristika të tjera fizike. Kjo ide u bë baza për teorinë e shpërthimit të madh inflacioniste.
Fshesë e rreme
Kjo do të thotë gjendja e fushës në teorinë kuantike, e cila nuk është një gjendje me një energji minimale. Është e qëndrueshme për një periudhë të caktuar kohore. Ekziston mundësia e "tunelimit" të një gjendjeje false në një vakum të vërtetë kur të arrihen vlerat e kërkuara të sasive kryesore fizike.
Hapësira e jashtme
Kur diskutojmë se çfarë do të thotë një gaz i rrallë, është e nevojshme të ndalemi në konceptin e "vakumit kozmik". Mund të konsiderohet afër vakumit fizik, por ekzistues në atë ndëryjorhapësirë. Planetët, satelitët e tyre natyrorë, shumë yje kanë forca të caktuara tërheqëse që e mbajnë atmosferën në një distancë të caktuar. Ndërsa largoheni nga sipërfaqja e një objekti yjor, dendësia e gazit të rrallë ndryshon.
Për shembull, ekziston linja Karman, e cila konsiderohet një përkufizim i zakonshëm me hapësirën e jashtme të kufirit të planetit. Pas tij, vlera e presionit izotropik të gazit zvogëlohet ndjeshëm në krahasim me rrezatimin diellor dhe presionin dinamik të erës diellore, kështu që është e vështirë të interpretohet presioni i një gazi të rrallë.
Hapësira e jashtme është plot me fotone, neutrino relike që janë të vështira për t'u zbuluar.
Veçoritë e matjes
Shkalla e vakumit zakonisht përcaktohet nga sasia e substancës që mbetet në sistem. Karakteristika kryesore e matjes së kësaj gjendje është presioni absolut, përveç kësaj merret parasysh përbërja kimike e gazit dhe temperatura e tij.
Një parametër i rëndësishëm për vakum është vlera mesatare e gjatësisë së rrugës së gazrave që mbeten në sistem. Ekziston një ndarje e vakumit në diapazon të caktuar në përputhje me teknologjinë që është e nevojshme për matjet: false, teknike, fizike.
Formimi me vakum
Ky është prodhimi i produkteve nga materiale termoplastike moderne në formë të nxehtë duke përdorur presion të ulët të ajrit ose veprim vakum.
Formimi me vakum konsiderohet një metodë vizatimi, si rezultat i së cilës fletë plastike nxehet,të vendosura mbi matricë, deri në një vlerë të caktuar të temperaturës. Më pas, fleta përsërit formën e matricës, kjo për shkak të krijimit të një vakumi midis saj dhe plastikës.
Pajisjet me elektrovakum
Ato janë pajisje që janë krijuar për të krijuar, përforcuar dhe konvertuar energjinë elektromagnetike. Në një pajisje të tillë, ajri hiqet nga hapësira e punës dhe përdoret një guaskë e papërshkueshme për t'u mbrojtur nga mjedisi. Shembuj të pajisjeve të tilla janë pajisjet elektronike të vakumit, ku elektronet përshtaten në një vakum. Llambat inkandeshente mund të konsiderohen gjithashtu pajisje vakum.
Gaze në presion të ulët
Një gaz quhet i rrallë nëse dendësia e tij është e papërfillshme dhe gjatësia e rrugës molekulare është e krahasueshme me madhësinë e enës në të cilën ndodhet gazi. Në një gjendje të tillë, vërehet një ulje e numrit të elektroneve në raport me densitetin e gazit.
Në rastin e një gazi shumë të rrallë, praktikisht nuk ka fërkim të brendshëm. Në vend të kësaj, shfaqet fërkimi i jashtëm i gazit në lëvizje kundër mureve, gjë që shpjegohet me ndryshimin e momentit të molekulave kur ato përplasen me enë. Në një situatë të tillë, ekziston një proporcion i drejtpërdrejtë midis shpejtësisë së grimcave dhe densitetit të gazit.
Në rastin e vakumit të ulët, vërehen përplasje të shpeshta midis grimcave të gazit në vëllim të plotë, të cilat shoqërohen me një shkëmbim të qëndrueshëm të energjisë termike. Kjo shpjegon fenomenin e transferimit (difuzion, përçueshmëri termike), i cili përdoret në mënyrë aktive në teknologjinë moderne.
Përftimi i gazrave të rralluar
Studimi shkencor dhe zhvillimi i pajisjeve vakum filloi në mesin e shekullit të shtatëmbëdhjetë. Në vitin 1643, italiani Torricelli arriti të përcaktojë vlerën e presionit atmosferik dhe pas shpikjes së një pompe mekanike pistoni me një vulë të veçantë uji nga O. Guericke, u shfaq një mundësi reale për kryerjen e studimeve të shumta të karakteristikave të një gazi të rrallë. Në të njëjtën kohë, u studiuan mundësitë e ndikimit të vakumit në qeniet e gjalla. Eksperimentet e kryera në një vakum me një shkarkesë elektrike kontribuan në zbulimin e një elektroni negativ, rrezatimi me rreze X.
Falë aftësisë termoizoluese të vakumit, u bë e mundur të shpjegohen metodat e transferimit të nxehtësisë, të përdoret informacioni teorik për zhvillimin e teknologjisë moderne kriogjenike.
Përdorimi i një vakumi
Në 1873 u shpik pajisja e parë me elektrovakum. Ata u bënë një llambë inkandeshente, e krijuar nga fizikani rus Lodygin. Që nga ajo kohë, përdorimi praktik i teknologjisë së vakumit është zgjeruar, janë shfaqur metoda të reja për marrjen dhe studimin e kësaj gjendje.
Lloje të ndryshme pompash vakumi janë krijuar në një periudhë të shkurtër kohore:
- rrotullues;
- kriosorbimi;
- molekular;
- difuzion.
Në fillim të shekullit të njëzetë, akademiku Lebedev arriti të përmirësojë themelet shkencore të industrisë së vakumit. Deri në mesin e shekullit të kaluar, shkencëtarët nuk lejuan mundësinë e marrjes së një presioni më të vogël se 10-6 Pa.
BAktualisht, sistemet e vakumit janë ndërtuar tërësisht metalike për të shmangur rrjedhjet. Pompat kriogjenike me vakum përdoren jo vetëm në laboratorë kërkimore, por edhe në industri të ndryshme.
Për shembull, pas zhvillimit të mjeteve speciale të evakuimit që nuk ndotin objektin e përdorur, janë shfaqur perspektiva të reja për përdorimin e teknologjisë së vakumit. Në kimi, sisteme të tilla përdoren në mënyrë aktive për analizën cilësore dhe sasiore të vetive të substancave të pastra, ndarjen e një përzierjeje në përbërës dhe analizën e shpejtësisë së proceseve të ndryshme.
