Čo vieme o vákuu?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

V najprísnejšom zmysle je vákuum oblasť priestoru, v ktorej hmota úplne chýba. Tento pojem predstavuje absolútnu prázdnotu a jeho hlavným problémom je, že popisuje ideálny stav, ktorý nemôže existovať v reálnom svete.

Nikto zatiaľ nenašiel spôsob, ako vytvoriť ideálne vákuum tohto typu v pozemských podmienkach, a preto sa tento výraz používa aj na označenie prázdnych oblastí vesmíru. No v oblastiach, ktoré sú o niečo bližšie nášmu každodennému životu, stále existuje vákuum. Povieme vám, čo to je, jednoduchými slovami.

Vo väčšine prípadov je vákuum nádoba, z ktorej sú čo najviac odstránené všetky plyny vrátane vzduchu. Vonkajší priestor je skutočne najbližšie k ideálnemu vákuu: astronómovia sa domnievajú, že priestor medzi hviezdami v niektorých prípadoch pozostáva z nie viac ako jedného atómu alebo molekuly na kilometer kubický.

Žiadne vákuum vytvorené na Zemi sa tomuto stavu ani nepribližuje.

Ak chcete hovoriť o „zemskom vákuu“, musíte si spomenúť na tlak. Tlak vzniká účinkom molekúl v plyne alebo kvapaline na ich prostredie, zvyčajne na steny nádoby, ktorá obsahuje, či už ide o fľašu sódy alebo vašu lebku. Veľkosť tlaku závisí od sily úderov, ktoré molekuly „spôsobujú“na určité územie, a meria sa v „newtonoch na meter štvorcový“– táto meracia jednotka má špeciálny názov „pascal“.

Vzťah medzi tlakom (p), silou (F) a plochou (A) určuje nasledujúca rovnica: p = F / A - platí bez ohľadu na to, či je tlak nízky, ako napríklad v priestore, alebo veľmi vysoké, ako v hydraulických systémoch.

Vo všeobecnosti, aj keď je definícia vákua nepresná, zvyčajne sa vzťahuje na tlak pod a často hlboko pod atmosférickým tlakom. Vákuum sa vytvára, keď sa vzduch odstraňuje z uzavretého priestoru, čo vedie k poklesu tlaku medzi týmto priestorom a okolitou atmosférou.

Ak je priestor obmedzený pohyblivým povrchom, atmosférický tlak stlačí jeho steny k sebe - veľkosť prídržnej sily závisí od plochy povrchu a úrovne vákua. Keď sa odstráni viac vzduchu, pokles tlaku sa zvýši a potenciálna sila vákua sa tiež zvýši.

Keďže je takmer nemožné odstrániť všetky molekuly vzduchu z nádoby, je nemožné dosiahnuť dokonalé vákuum.

V priemyselnom a domácom meradle (ak sa napríklad rozhodnete vložiť zimnú páperovú bundu do vákuových vreciek) sa efekt dosiahne použitím vákuových čerpadiel alebo generátorov rôznych veľkostí, ktoré odvádzajú vzduch. Piestové čerpadlo vo valci je pripevnené k uzavretej nádobe a pri každom zdvihu čerpadla sa časť plynu odoberá z valca. Čím dlhšie čerpadlo beží, tým lepšie sa v nádrži vytvorí podtlak.

Každý, kto niekedy odsal vzduch z vrecka na uloženie oblečenia, stlačil veko plastovej nádoby, aby z nádoby vypustil vzduch, alebo dal plechovky (a dal sa aj na vákuovú masáž), sa v živote stretol s vákuom. Ale, samozrejme, najčastejším príkladom jeho použitia je bežný domáci vysávač. Ventilátor vysávača neustále odvádza vzduch z nádoby, čím vytvára čiastočné vákuum, a atmosférický tlak mimo vysávača tlačí vzduch do nádoby a berie so sebou prach a nečistoty, ktoré sú rozvírené kefou v prednej časti vysávača. čistič.

Ďalším príkladom je termoska. Termoska sa skladá z dvoch fliaš zasadených do seba a priestor medzi nimi je vákuum. Pri absencii vzduchu neprechádza teplo medzi dvoma fľašami tak ľahko, ako by to bolo normálne. Výsledkom je, že horúce tekutiny vo vnútri nádoby zadržiavajú teplo, zatiaľ čo studené tekutiny zostávajú studené, pretože teplo do nich nemôže preniknúť.

Úroveň vákua je teda určená rozdielom tlaku medzi interiérom a okolitou atmosférou. Dva hlavné orientačné body vo všetkých týchto meraniach sú štandardný atmosférický tlak a ideálne vákuum. Na meranie vákua je možné použiť niekoľko jednotiek, ale spoločnou metrickou jednotkou je milibar alebo mbar. Atmosférický tlak sa zase meria barometrom, ktorý vo svojej najjednoduchšej forme pozostáva z vákuovej vertikálnej trubice s uzavretým horným koncom a spodným koncom, umiestnenej v nádobe s ortuťou otvorenou do atmosféry.

Atmosférický tlak pôsobí na exponovaný povrch kvapaliny a spôsobuje, že ortuť stúpa do trubice. „Normálny“atmosférický tlak je tlak, ktorý sa rovná hmotnosti ortuťového stĺpca vysokého 760 mm pri teplote 0,0 ° C, zemepisnej šírke 45 ° a hladine mora.

Úroveň vákua je možné merať niekoľkými typmi tlakomerov:

• Tlakomer s Bourdonovou trubicouje najkompaktnejšie a najpoužívanejšie zariadenie - meranie je založené na deformácii ohnutej elastickej trubice pri pôsobení vákua na port tlakomeru.
• Elektronický analóg je vákuomer … Vákuum alebo tlak vychýli elastickú kovovú membránu v snímači a toto vychýlenie zmení elektrické charakteristiky prepojeného obvodu - výsledkom je elektronický signál, ktorý predstavuje úroveň vákua.

• U-rúrkový tlakomer ukazuje rozdiel medzi dvoma tlakmi. Vo svojej najjednoduchšej forme je toto meradlo priehľadná U-trubica naplnená do polovice ortuťou. Keď sú oba konce trubice pri atmosférickom tlaku, hladina ortuti v každom kolene je rovnaká. Pôsobenie podtlaku na jednej strane spôsobí, že ortuť v ňom stúpa a na druhej strane klesá – výškový rozdiel medzi dvoma úrovňami udáva úroveň vákua.

Na stupniciach väčšiny tlakomerov je atmosférickému tlaku priradená hodnota nula, preto by merania vákua mali byť vždy menšie ako nula.