Какво знаем за вакуума?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-07 16:24

В най-строгия смисъл, вакуумът е област от пространството, в която материята напълно отсъства. Този термин представлява абсолютна празнота и основният му проблем е, че описва идеално състояние, което не може да съществува в реалния свят.

Все още никой не е намерил начин да създаде идеален вакуум от този тип в земни условия и поради тази причина терминът се използва и за описване на празни области от космоса. Но все още има вакуум в области, които са малко по-близо до нашето ежедневие. Ще ви кажем какво е с прости думи.

В повечето случаи вакуумът е контейнер, от който всички газове, включително въздуха, се отстраняват колкото е възможно повече. Космосът наистина е най-близо до идеалния вакуум: астрономите смятат, че пространството между звездите в някои случаи се състои от не повече от един атом или молекула на кубичен километър.

Нито един вакуум, произведен на Земята, дори не се доближава до това състояние.

За да говорите за "земния вакуум", трябва да си спомните за налягането. Налягането възниква от ефекта на молекулите в газ или течност върху околната среда, обикновено стените на съда, независимо дали става дума за бутилка със сода или вашия череп. Големината на налягането зависи от силата на ударите, които молекулите "нанасят" на определена територия, и се измерва в "нютони на квадратен метър" - тази мерна единица има специално име "паскал".

Връзката между налягане (p), сила (F) и площ (A) се определя от следното уравнение: p = F / A - то се прилага независимо от това дали налягането е ниско, както например в космоса, или много високо, както при хидравличните системи.

Като цяло, въпреки че дефиницията на вакуума е неточна, тя обикновено се отнася до налягане под, а често и доста под атмосферното налягане. Създава се вакуум, когато въздухът се отстранява от затворено пространство, което води до спад на налягането между това пространство и заобикалящата атмосфера.

Ако пространството е ограничено от движеща се повърхност, атмосферното налягане ще притисне стените му заедно - количеството задържаща сила зависи от площта на повърхността и нивото на вакуум. Тъй като се отстранява повече въздух, падането на налягането се увеличава и потенциалната сила на вакуума също се увеличава.

Тъй като е почти невъзможно да се премахнат всички въздушни молекули от контейнера, е невъзможно да се постигне перфектен вакуум.

В индустриален и домашен мащаб (например, ако решите да поставите зимно пухено яке във вакуумни торби), ефектът се постига чрез използване на вакуумни помпи или генератори с различни размери, които отстраняват въздуха. Помпа бутало в цилиндър е прикрепена към затворен контейнер и с всеки ход на помпата част от газа се отстранява от цилиндъра. Колкото по-дълго работи помпата, толкова по-добре се създава вакуум в резервоара.

Всеки, който някога е евакуирал въздух от чанта за съхранение на дрехи, стискал е капака на пластмасов контейнер, за да изпусне въздух от контейнер, или е слагал консерви (и също е ходил на вакуумен масаж), се е сблъсквал с вакуум в живота си. Но, разбира се, най-често срещаният пример за неговото използване е обикновена домакинска прахосмукачка. Вентилаторът на прахосмукачката непрекъснато отстранява въздуха от кутията, създавайки частичен вакуум, а атмосферното налягане извън прахосмукачката изтласква въздуха в кутията, като поема със себе си прах и мръсотия, които се разклащат от четката в предната част на прахосмукачката чистач.

Друг пример е термос. Термосът се състои от две бутилки, вложени една в друга, а пространството между тях е вакуум. При липса на въздух топлината не преминава между двете бутилки толкова лесно, колкото обикновено. В резултат на това горещите течности вътре в контейнера задържат топлината, докато студените остават студени, тъй като топлината не може да проникне в тях.

И така, нивото на вакуума се определя от разликата в налягането между вътрешната и заобикалящата атмосфера. Двата основни ориентира във всички тези измервания са стандартното атмосферно налягане и идеалния вакуум. Няколко единици могат да се използват за измерване на вакуума, но обичайната метрична единица е милибар или мбар. От своя страна атмосферното налягане се измерва с барометър, който в най-простата си форма се състои от евакуирана вертикална тръба със затворен горен край и долен край, разположени в контейнер с живак, отворен към атмосферата.

Атмосферното налягане действа върху откритата повърхност на течността, карайки живака да се издигне в тръбата. "Нормално" атмосферно налягане е налягането, равно на теглото на живачен стълб с височина 760 mm при температура 0,0 ° C, географска ширина 45 ° и морско равнище.

Нивото на вакуум може да се измери с няколко вида манометри:

• Манометър с тръба на Бурдон е най-компактният и най-широко използван уред - измерването се основава на деформацията на огъната еластична тръба при прилагане на вакуум към порта на манометъра.
• Електронният аналог е вакуумномер … Вакуумът или налягането отклоняват еластична метална диафрагма в сензора и това отклонение променя електрическите характеристики на взаимосвързаната верига - резултатът е електронен сигнал, който представлява нивото на вакуума.
• U-тръбен манометър показва разликата между две налягания. В най-простата си форма този манометър е прозрачна U-образна тръба, наполовина пълна с живак. Когато двата края на тръбата са при атмосферно налягане, нивото на живак във всяко коляно е еднакво. Прилагането на вакуум от едната страна кара живака в него да се издига и пада от другата страна - разликата във височината между двете нива показва нивото на вакуума.

На скалите на повечето манометри на атмосферното налягане се приписва стойност нула, следователно вакуумните измервания винаги трябва да са по-малки от нула.