Enligt definitionen inom fysiken innebär begreppet "vakuum" frånvaron av någon substans och element av materia i ett visst utrymme, i detta fall talar man om ett absolut vakuum. Ett partiellt vakuum observeras när densiteten av ämnet på en given plats i rymden är låg. Låt oss titta närmare på det här problemet i artikeln.
Vakuum och tryck
I definitionen av begreppet "absolut vakuum" talar vi om materiens densitet. Från fysiken är det känt att om gasformig materia beaktas, är ämnets densitet direkt proportionell mot trycket. I sin tur, när man talar om ett partiellt vakuum, antyder man att densiteten av materiepartiklar i ett givet utrymme är mindre än för luft vid norm alt atmosfärstryck. Det är därför frågan om vakuum är en fråga om tryck i systemet i fråga.
I fysiken är absolut tryck en kvantitet som är lika med förhållandet mellan kraften(mätt i newton (N)), som appliceras vinkelrätt på någon yta, mot arean av denna yta (mätt i kvadratmeter), det vill säga P=F / S, där P är tryck, F är kraft, S är ytan. Enheten för tryck är pascal (Pa), så 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Delvis vakuum
Det har experimentellt fastställts att vid en temperatur på 20 °C på jordens yta vid havsnivå är atmosfärstrycket 101 325 Pa. Detta tryck kallas 1:a atmosfären (atm.). Ungefär kan vi säga att trycket är 1 atm. är lika med 0,1 MPa. När vi svarar på frågan om hur många atmosfärer som finns i 1 pascal, gör vi upp motsvarande proportion och får att 1 Pa=10-5 atm. Ett partiellt vakuum motsvarar varje tryck i det aktuella utrymmet som är mindre än 1 atm.
Om vi översätter de angivna siffrorna från tryckspråket till språket för antalet partiklar, så ska det sägas att vid 1 atm. 1 m3 luft innehåller cirka 1025 molekyler. Varje minskning av den namngivna koncentrationen av molekyler leder till bildandet av ett partiellt vakuum.
Vakuummätning
Den vanligaste enheten för att mäta ett litet vakuum är en konventionell barometer, som endast kan användas när gastrycket är några tiotals procent av atmosfärstrycket.
För att mäta högre vakuumvärden används en elektrisk krets med en Wheatstone-brygga. Tanken med att använda är att mätaavkänningselementets motstånd, vilket beror på den omgivande koncentrationen av molekyler i gasen. Ju större denna koncentration, desto fler molekyler träffar avkänningselementet, och ju mer värme det överför till dem, leder detta till en minskning av elementets temperatur, vilket påverkar dess elektriska motstånd. Den här enheten kan mäta vakuum med tryck på 0,001 atm.
Historisk bakgrund
Det är intressant att notera att begreppet "absolut vakuum" helt förkastades av kända antika grekiska filosofer, som Aristoteles. Dessutom var förekomsten av atmosfärstryck inte känt förrän i början av 1600-talet. Först i och med den nya tidens intåg började man göra experiment med rör fyllda med vatten och kvicksilver, som visade att jordens atmosfär utövar tryck på alla omgivande kroppar. I synnerhet 1648 kunde Blaise Pascal mäta trycket med hjälp av en kvicksilverbarometer på en höjd av 1000 meter över havet. Det uppmätta värdet visade sig vara mycket lägre än vid havsnivån, sålunda bevisade forskaren förekomsten av atmosfärstryck.
Det första experimentet som tydligt demonstrerade kraften i atmosfärstryck och även betonade konceptet vakuum utfördes i Tyskland 1654, nu känt som Magdeburgs sfärexperiment. År 1654 kunde den tyske fysikern Otto von Guericke tätt förbinda två metallhalvklot med en diameter på endast 30 cm och pumpade sedan ut luft ur den resulterande strukturen och skapade därigenompartiellt vakuum. Berättelsen berättar att två ekipage om 8 hästar vardera, som drog i motsatta riktningar, inte kunde separera dessa sfärer.
Absolut vakuum: finns det?
Med andra ord, finns det en plats i rymden som inte innehåller någon materia. Modern teknik gör det möjligt att skapa ett vakuum på 10-10 Pa och ännu mindre, men detta absoluta tryck betyder inte att det inte finns några materiepartiklar kvar i det system som övervägs.
Låt oss nu vända oss till det mest tomma utrymmet i universum - att öppna utrymmet. Vad är trycket i rymdens vakuum? Trycket i yttre rymden runt jorden är 10-8 Pa, vid detta tryck finns det cirka 2 miljoner molekyler i en volym av 1 cm3. Om vi talar om det intergalaktiska rymden, så finns det enligt forskare även i det minst 1 atom i en volym av 1 cm3. Dessutom är vårt universum genomsyrat av elektromagnetisk strålning, vars bärare är fotoner. Elektromagnetisk strålning är energi som kan omvandlas till motsvarande massa enligt den berömda Einstein-formeln (E=mc2), det vill säga energi, tillsammans med materia, är ett tillstånd av materia. Detta leder till slutsatsen att det inte finns något absolut vakuum i universum känt för oss.
