Gaze dilatate: concept și proprietăți. vacuum

Vacuumul este un spațiu în care nu există substanță. În Aplicată fizică

Pagini ale istoriei

Ideea de goluri de mai multe secole a fost subiect de controversă. S-au încercat gaze rare pentru a analiza filosofii greci și romani antice. Democritus, Lucretius, discipolii lor au crezut: dacă nu există spațiu liber între atomi, mișcarea lor ar fi imposibilă.

Aristotel și urmașii săi au respins acest concept, în opinia lor, nu ar trebui să existe "goliciune" în natură. În Evul Mediu în Europa, ideea de "frică de gol" a devenit o prioritate, a fost folosită în scopuri religioase.

Mecanicii Greciei antice în crearea dispozitivelor tehnice se bazau pe rărirea aerului. De exemplu, pompele de apă, care au funcționat atunci când au creat un vid peste piston, au apărut în timpul lui Aristotel.

Starea rarită a gazului, a aerului, a devenit baza pentru fabricarea pompelor de vid cu piston reciproc, care sunt utilizate pe scară largă în prezent în inginerie.

Prototipul lor era celebra seringă cu pistoane a Heronului din Alexandria, creată de el pentru desenul puroi.

La mijlocul secolului al XVII-lea, a fost dezvoltată prima cameră de vid, iar șase ani mai târziu omul de știință german Otto von Guerick a reușit să inventeze prima pompă de vid.

Acest cilindru cu piston a evacuat aerul dintr-un recipient etanș, creând un vid aici. Acest lucru ne-a permis să studiem principalele caracteristici ale noului stat, să analizăm proprietățile sale operaționale.

Vacuum tehnic

În practică, starea rarefiată de gaz și aer se numește un vid tehnic. În volume mari este imposibil să se obțină o astfel de stare ideală, deoarece, la o anumită temperatură, materialele au o densitate de vapori saturată nenăscută.

Motivul imposibilității de a obține un vid ideal este și transmiterea de substanțe gazoase de către pereții metalici ai vaselor de sticlă.

În cantități mici, este posibil să se obțină gaze rare. Ca măsură a descărcării, este utilizată lungimea gamei neobstrucționate de molecule de gaze care se ciocnesc în mod aleatoriu, precum și mărimea liniară a recipientului utilizat.

Un vid tehnic poate fi considerat gaz într-o conductă sau într-un vas cu o valoare a presiunii mai mică decât în ​​atmosferă. Un vacuum scăzut apare atunci când atomii sau moleculele gazului se opresc și se ciocnesc unul cu celălalt.

Între pompa de vid înalt și aerul atmosferic se pune un recipient cu vid, care creează un vacuum preliminar. În cazul unei scăderi ulterioare a camerei de presiune, se observă o creștere a traiectoriei medii libere a particulelor substanței gazoase.

La presiuni de 10 ^-9 Pa creează un vacuum ultrahigh. Aceste gaze rarefiate sunt folosite pentru a efectua experimente folosind un microscop de scanare tunel.

Primiți o stare în porii unor cristale, chiar nu reușește la presiune atmosferică, deoarece diametrul porilor este mult mai mică decât calea medie liberă a particulelor.

Aparate bazate pe vid

Starea rarită de gaz este utilizată în mod activ în dispozitive numite pompe de vid. Getters sunt folosite pentru a absorbi gazele și a obține un anumit grad de vid. Tehnologia vacuum include, de asemenea, numeroase instrumente care sunt necesare pentru controlul și măsurarea statului, precum și pentru a controla obiectele de diferite procese. Cele mai complexe dispozitive tehnice în care sunt utilizate gaze diluate sunt pompele cu vid înalt. De exemplu, dispozitivele de difuziune funcționează pe baza moleculelor de gaz rezidual de mișcare sub influența debitului gazului de lucru. Chiar și în cazul unui vid ideal, când temperatura finală este atinsă, există o radiație termică nesemnificativă. Aceasta explică proprietățile de bază ale gazelor rarefiate, de exemplu, debutul echilibrului termic printr-un anumit interval de timp între corp și pereții camerei de vid.

Gazul monatomic rarefiat este un izolator termic excelent. În acesta, transferul energiei termice se realizează numai prin radiație, conducerea termică și convecția nu sunt respectate. Această proprietate este folosit în navele din Dewar (termose), constând din două recipiente, între care există un vid.

Vacuumul a găsit o aplicare largă și în tuburile radio, de exemplu magnetronii kinescopes, cuptoarele cu microunde.

Vacuum fizic

În fizica cuantică, o astfel de stare înseamnă starea de bază (cea mai mică) a unui câmp cuantic, caracterizată prin valori zero cuantice numere.

În această stare, un gaz monatomic nu este absolut gol. Conform teoriei cuantice, într-un vid fizic, particulele virtuale apar și dispar sistematic, ceea ce provoacă oscilații de câmp zero.

Teoretic, în același timp, pot exista mai multe vidoare diverse, care diferă atât în ​​densitatea energetică, cât și în alte caracteristici fizice. Această idee a devenit baza în teoria inflației unei explozii uriașe.

False vid

Prin aceasta se înțelege starea câmpului în teoria cuantică, care nu este un stat cu o energie minimă. Este stabil pentru o anumită perioadă de timp. Există probabilitatea de a "tuneliza" o stare falsă într-un vid adevărat atunci când se ating valorile necesare ale cantităților fizice de bază.

Spațiu exterior

Argumentând asupra a ceea ce înseamnă un gaz diluat, este necesar să ne referim la noțiunea de "vid cosmic". Acesta poate fi considerat aproape de un vid fizic, dar există în spațiul interstelar. Pe planete, sateliții lor naturali, multe stele, există anumite forțe de atracție care țin o anumită distanță de atmosferă. Deoarece distanța de la suprafața obiectului stelar se schimbă, densitatea gazului rarefiat se modifică.

De exemplu, există linia Karman, care este considerată o definiție generală cu spațiul cosmic al limitei planetei. În spatele său, presiunea gazului izotropic scade drastic în comparație cu radiația solară și presiunea dinamică a vântului solar, deci este dificil de interpretat presiunea gazului rarefiat.

În spațiul cosmic, există mulți fotoni, neutrinii relicve, care sunt greu de detectat.

Caracteristicile de măsurare

Gradul de vid este de obicei determinat de cantitatea de substanță care rămâne în sistem. Principala caracteristică a măsurării acestei stări este presiunea absolută, în plus, compoziția chimică a gazului și temperatura acestuia sunt luate în considerare.

Un parametru important pentru vid este valoarea medie a traiectoriei medii libere a gazelor rămase în sistem. Există o subdiviziune a vidului în anumite intervale, în conformitate cu tehnologia necesară pentru măsurători: falsă, tehnică, fizică.

Formare prin vid

Aceasta este fabricarea produselor din materiale termoplastice moderne în formă fierbinte prin acțiunea presiunii scăzute a aerului sau a acțiunii de vid.

Formarea prin vid este considerată o metodă de desenare, care are ca rezultat încălzirea foii de plastic situate deasupra matricei la o anumită valoare a temperaturii. Apoi foaia repetă forma matricei, acest lucru fiind explicat prin crearea unui vid între el și plastic.

Dispozitive electrovacuum

Sunt dispozitive concepute pentru a crea, amplifica și transforma energia electromagnetică. Într-un astfel de dispozitiv, aerul este îndepărtat din spațiul de lucru, iar o carcasă impermeabilă este utilizată pentru a fi protejată de mediul înconjurător. Exemple de astfel de dispozitive sunt dispozitive electronice de vid, unde electronii sunt adecvați în vid. Lămpile cu filamente pot fi, de asemenea, considerate dispozitive electrovacuum.

Gaze la presiuni reduse

Un gaz este numit rar, dacă densitatea sa este nesemnificativă, iar calea medie liberă a moleculelor este comparabilă cu mărimea vasului în care este localizat gazul. În această stare, o scădere a numărului de electroni este proporțională cu densitatea gazului.

În cazul unui gaz foarte rar, nu există practic nici o frecare internă. În schimb, există o frecare de alunecare a gazului în mișcare de perete care explică o valoare de schimbare a impulsului în timpul adâncituri molecule cu nava. Într-o astfel de situație, există o proporționalitate directă între viteza particulelor și densitatea gazului.

În cazul unui vid parțial există coliziuni frecvente între particulele de gaz din plin, însoțite de un schimb stabil de energie termică. Acest lucru explică fenomenul migrației (difuzie, conductivitate termică), este utilizat pe scară largă în tehnologia modernă.

Producția de gaze rare

Studiul științific și dezvoltarea dispozitivelor de vid au început la mijlocul secolului al șaptesprezecelea. In 1643 italienii Torricelli capabil să determine valoarea presiunii atmosferice, și după invenția O. GERICKE pompe cu piston mecanic cu o apă de etanșare specială, există o posibilitate reală de a efectua numeroase studii ale caracteristicilor gazelor evacuate. În același timp, explora posibilitatea unui efect de vid asupra ființelor vii. Experimentele au fost realizate sub vid, cu o deschidere de descărcare electrică facilitată de electroni negativ, radiații cu raze X.

Datorită capacității de izolare termică a vidului, a fost posibil să se explice căile de transfer de căldură, să se utilizeze informații teoretice pentru dezvoltarea echipamentului criogenic modern.

Aplicarea vidului

În 1873 a fost inventat primul dispozitiv electrovacuum. Au devenit o lampă incandescentă, creată de fizicianul rus Lodygin. Din acest moment sa extins utilizarea practică a tehnologiei de vid, au apărut noi metode de obținere și studiu a acestei stări.

Pentru un interval mic de timp au fost create diferite tipuri de pompe de vid:

• rotație;
• cryoadsorption;
• molecular;
• difuzie.

La începutul secolului al XX-lea, academicianul Lebedev a reușit să îmbunătățească bazele științifice ale industriei vidului. Până la mijlocul secolului trecut, oamenii de știință nu au permis posibilitatea obținerii unei presiuni mai mici de 10-6 Pa.

În prezent, sisteme de vid creați tot metal pentru a evita scurgerile. Pompele criogenice de vid sunt utilizate nu numai în laboratoarele de cercetare, dar și în diverse industrii.

De exemplu, după ce este utilizat dezvoltarea de fonduri speciale pompate care nu contaminează facilitatea, există noi perspective pentru utilizarea tehnologiei în vid. În chimie, astfel de sisteme sunt utilizate în mod activ pentru analiza calitativă și cantitativă a proprietăților substanțe pure, separarea amestecului în componente, analiza debitului de diferite procese.