Što znamo o vakuumu?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

U najstrožem smislu, vakuum je područje prostora u kojem je materija potpuno odsutna. Ovaj pojam predstavlja apsolutnu prazninu, a glavni mu je problem što opisuje idealno stanje koje ne može postojati u stvarnom svijetu.

Nitko još nije pronašao način za stvaranje idealnog vakuuma ove vrste u zemaljskim uvjetima, pa se iz tog razloga ovaj izraz koristi i za opisivanje praznih područja svemira. Ali još uvijek postoji vakuum u područjima koja su malo bliža našem svakodnevnom životu. Reći ćemo vam što je to jednostavnim riječima.

U većini slučajeva, vakuum je spremnik iz kojeg se svi plinovi, uključujući i zrak, uklanjaju što je više moguće. Vanjski prostor je doista najbliži idealnom vakuumu: astronomi vjeruju da se prostor između zvijezda u nekim slučajevima sastoji od najviše jednog atoma ili molekule po kubičnom kilometru.

Nijedan vakuum proizveden na Zemlji nije ni blizu ovom stanju.

Da biste govorili o "zemaljskom vakuumu", morate se sjetiti pritiska. Tlak proizlazi iz učinka molekula u plinu ili tekućini na njihovu okolinu, obično na stijenke posude koja sadrži, bilo da se radi o boci s sodom ili vašoj lubanje. Veličina tlaka ovisi o jačini udaraca koje molekule "zadaju" određenom teritoriju, a mjeri se u "njutonima po kvadratnom metru" - ova mjerna jedinica ima poseban naziv "pascal".

Odnos između tlaka (p), sile (F) i površine (A) određen je sljedećom jednadžbom: p = F / A - primjenjuje se bez obzira na to je li tlak nizak, kao npr. u svemiru, ili vrlo visoka, kao u hidrauličkim sustavima.

Općenito, iako je definicija vakuuma netočna, obično se odnosi na tlak ispod, a često i znatno ispod atmosferskog tlaka. Vakuum se stvara kada se zrak ukloni iz zatvorenog prostora, što rezultira padom tlaka između tog prostora i okolne atmosfere.

Ako je prostor ograničen pokretnom površinom, atmosferski tlak će stisnuti njegove stijenke zajedno - količina sile držanja ovisi o površini i razini vakuuma. Kako se više zraka uklanja, povećava se pad tlaka, a povećava se i potencijalna sila vakuuma.

Budući da je gotovo nemoguće ukloniti sve molekule zraka iz posude, nemoguće je postići savršeni vakuum.

U industrijskim i kućnim razmjerima (na primjer, odlučite li zimsku jaknu staviti u vakum vrećice), učinak se postiže korištenjem vakuum pumpi ili generatora različitih veličina, koji uklanjaju zrak. Pumpa s klipom u cilindru pričvršćena je na zatvoreni spremnik, a svakim hodom pumpe dio plina se uklanja iz cilindra. Što dulje pumpa radi, to je bolji vakuum u spremniku.

Svatko tko je ikada evakuirao zrak iz vrećice za odlaganje odjeće, stisnuo poklopac plastične posude kako bi ispustio zrak iz posude ili stavio limenke (i također išao na vakuum masažu), u životu se susreo s vakuumom. Ali, naravno, najčešći primjer njegove uporabe je obični kućanski usisavač. Ventilator usisavača neprestano uklanja zrak iz spremnika stvarajući djelomični vakuum, a atmosferski tlak izvan usisavača gura zrak u spremnik, uzimajući sa sobom prašinu i prljavštinu koju uzburkava četka na prednjoj strani usisavača. čistač.

Drugi primjer je termosica. Termos se sastoji od dvije boce ugniježđene jedna u drugu, a prostor između njih je vakuum. U nedostatku zraka, toplina ne prolazi između dvije boce tako lako kao inače. Zbog toga vruće tekućine unutar posude zadržavaju toplinu, dok hladne tekućine ostaju hladne jer toplina ne može prodrijeti u njih.

Dakle, razina vakuuma određena je razlikom tlaka između unutarnje i okolne atmosfere. Dva glavna orijentira u svim ovim mjerenjima su standardni atmosferski tlak i idealni vakuum. Za mjerenje vakuuma može se koristiti nekoliko jedinica, ali uobičajena metrička jedinica je milibar ili mbar. Zauzvrat, atmosferski tlak mjeri se barometrom, koji se u svom najjednostavnijem obliku sastoji od evakuirane vertikalne cijevi sa zatvorenim gornjim i donjim krajem, smještenih u spremniku sa živom otvorenom prema atmosferi.

Atmosferski tlak djeluje na izloženu površinu tekućine, uzrokujući da se živa diže u cijev. "Normalni" atmosferski tlak je tlak jednak težini 760 mm visokog živinog stupa na temperaturi od 0,0°C, geografskoj širini 45° i razini mora.

Razina vakuuma može se mjeriti s nekoliko tipova mjerača tlaka:

• Manometar s Bourdon cijevije najkompaktniji i najrašireniji uređaj - mjerenje se temelji na deformaciji savijene elastične cijevi kada se na otvor za manometar dovede vakuum.
• Elektronički analog je mjerač pritiska … Vakuum ili tlak otklanja elastičnu metalnu membranu u senzoru, a to otklon mijenja električne karakteristike međusobno povezanog kruga - rezultat je elektronički signal koji predstavlja razinu vakuuma.

• U-cijev mjerač tlaka pokazuje razliku između dva pritiska. U svom najjednostavnijem obliku, ovaj mjerač je prozirna U-cijev napola ispunjena živom. Kada su oba kraja cijevi pod atmosferskim tlakom, razina žive u svakom koljenu je ista. Primjena vakuuma na jednu stranu uzrokuje da se živa u njoj diže i spušta s druge strane – razlika u visini između dvije razine ukazuje na razinu vakuuma.

Na ljestvici većine mjerača tlaka, atmosferskom tlaku je dodijeljena vrijednost nula, stoga bi mjerenja vakuuma uvijek trebala biti manja od nule.