Vad vet vi om vakuum?

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-07 16:29

I strikta mening är ett vakuum ett område av rymden där materia är helt frånvarande. Denna term representerar absolut tomhet, och dess huvudproblem är att den beskriver ett idealtillstånd som inte kan existera i den verkliga världen.

Ingen har ännu hittat ett sätt att skapa ett idealiskt vakuum av denna typ under markförhållanden, och av denna anledning används termen också för att beskriva tomma områden i rymden. Men det finns fortfarande ett vakuum i områden som ligger lite närmare vårt dagliga liv. Vi kommer att berätta vad det är i enkla ord.

I de flesta fall är ett vakuum en behållare från vilken alla gaser, inklusive luft, avlägsnas så mycket som möjligt. Yttre rymden är verkligen närmast ett idealiskt vakuum: astronomer tror att utrymmet mellan stjärnor i vissa fall inte består av mer än en atom eller molekyl per kubikkilometer.

Inget vakuum som produceras på jorden kommer ens i närheten av detta tillstånd.

För att prata om "jordvakuum" måste du komma ihåg om tryck. Tryck uppstår från effekten av molekyler i en gas eller vätska på deras miljö, vanligtvis väggarna i det innehållande kärlet, vare sig det är en läskflaska eller din skalle. Storleken på trycket beror på styrkan på de slag som molekylerna "tillfogar" på ett visst territorium, och mäts i "newton per kvadratmeter" - denna måttenhet har ett speciellt namn "pascal".

Sambandet mellan tryck (p), kraft (F) och area (A) bestäms av följande ekvation: p = F / A - det gäller oavsett om trycket är lågt, som till exempel i rymden, eller mycket hög, som i hydrauliska system.

I allmänhet, även om definitionen av vakuum är felaktig, hänvisar den vanligtvis till tryck under, och ofta långt under atmosfärstryck. Ett vakuum skapas när luft avlägsnas från ett slutet utrymme, vilket resulterar i ett tryckfall mellan det utrymmet och den omgivande atmosfären.

Om utrymmet begränsas av en rörlig yta kommer atmosfärstrycket att komprimera dess väggar - mängden hållkraft beror på ytan och vakuumnivån. När mer luft avlägsnas ökar tryckfallet och vakuumets potentiella kraft ökar också.

Eftersom det är nästan omöjligt att ta bort alla luftmolekyler från behållaren är det omöjligt att uppnå ett perfekt vakuum.

På industri- och hemskala (till exempel om du bestämmer dig för att lägga en vinterdunjacka i vakuumpåsar) uppnås effekten genom att använda vakuumpumpar eller generatorer i olika storlekar, som tar bort luft. En kolv-i-cylinderpump är ansluten till en sluten behållare, och med varje pumpslag avlägsnas en del av gasen från cylindern. Ju längre pumpen går, desto bättre blir vakuumet i tanken.

Den som någonsin har evakuerat luft från en påse för förvaring av kläder, klämt på locket på en plastbehållare för att släppa ut luft från en behållare, eller satt burkar (och även gått på vakuummassage), har stött på ett vakuum i sitt liv. Men det vanligaste exemplet på dess användning är förstås en vanlig hushållsdammsugare. Dammsugarens fläkt tar hela tiden bort luft från behållaren, vilket skapar ett partiellt vakuum, och atmosfärstrycket utanför dammsugaren trycker in luft i behållaren och tar med sig damm och smuts som omrörs av borsten på framsidan av dammsugaren. rengöringsmedel.

Ett annat exempel är en termos. En termos består av två flaskor kapslade inuti varandra, och utrymmet mellan dem är ett vakuum. I frånvaro av luft passerar inte värme mellan de två flaskorna lika lätt som det normalt skulle göra. Som ett resultat håller heta vätskor inuti behållaren värmen, medan kalla vätskor förblir kalla eftersom värme inte kan tränga in i dem.

Så vakuumnivån bestäms av tryckskillnaden mellan det inre och den omgivande atmosfären. De två viktigaste landmärkena i alla dessa mätningar är standardatmosfärstryck och idealiskt vakuum. Flera enheter kan användas för att mäta vakuum, men den vanliga metriska enheten är millibar eller mbar. I sin tur mäts atmosfärstrycket med en barometer, som i sin enklaste form består av ett evakuerat vertikalt rör med en sluten övre ände och en nedre ände, placerad i en behållare med kvicksilver öppen mot atmosfären.

Atmosfäriskt tryck verkar på den exponerade ytan av vätskan, vilket gör att kvicksilvret stiger in i röret. "Normalt" atmosfärstryck är trycket lika med vikten av en 760 mm hög kvicksilverkolonn vid en temperatur av 0,0 ° C, latitud 45 ° och havsnivå.

Vakuumnivån kan mätas med flera typer av tryckmätare:

• Bourdon rörtrycksmätare är den mest kompakta och mest använda enheten - mätningen baseras på deformationen av ett böjt elastiskt rör när ett vakuum appliceras på manometerporten.
• Den elektroniska analogen är vakuummätare … Vakuum eller tryck avleder ett elastiskt metallmembran i sensorn, och denna avböjning ändrar de elektriska egenskaperna hos den sammankopplade kretsen - resultatet är en elektronisk signal som representerar vakuumnivån.
• U-rör tryckmätare visar skillnaden mellan två tryck. I sin enklaste form är denna mätare ett genomskinligt U-rör till hälften fyllt med kvicksilver. När båda ändarna av röret har atmosfärstryck är kvicksilvernivån i varje armbåge densamma. Att applicera ett vakuum på ena sidan gör att kvicksilvret i den stiger och faller på andra sidan - höjdskillnaden mellan de två nivåerna indikerar vakuumnivån.

På skalorna för de flesta tryckmätare tilldelas atmosfärstryck värdet noll, därför bör vakuummätningar alltid vara mindre än noll.