Podľa definície vo fyzike pojem „vákuum“znamená neprítomnosť akejkoľvek látky a prvkov hmoty v určitom priestore, v tomto prípade sa hovorí o absolútnom vákuu. Čiastočné vákuum sa pozoruje, keď je hustota látky v danom mieste v priestore nízka. Pozrime sa bližšie na túto problematiku v článku.
Vákuum a tlak
V definícii pojmu „absolútne vákuum“hovoríme o hustote hmoty. Z fyziky je známe, že ak sa uvažuje o plynnej hmote, potom je hustota látky priamo úmerná tlaku. Na druhej strane, keď hovoríme o čiastočnom vákuu, znamená to, že hustota častíc hmoty v danom priestore je menšia ako hustota vzduchu pri normálnom atmosférickom tlaku. Preto je otázka vákua otázkou tlaku v danom systéme.
Vo fyzike je absolútny tlak veličina rovnajúca sa pomeru sily(merané v newtonoch (N)), ktoré sa kolmo aplikuje na nejaký povrch, na plochu tohto povrchu (merané v metroch štvorcových), to znamená P=F / S, kde P je tlak, F je sila, S je plocha povrchu. Jednotkou tlaku je pascal (Pa), takže 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Čiastočné vákuum
Experimentálne sa zistilo, že pri teplote 20 °C na povrchu Zeme na úrovni mora je atmosférický tlak 101 325 Pa. Tento tlak sa nazýva 1. atmosféra (atm.). Približne môžeme povedať, že tlak je 1 atm. rovná 0,1 MPa. Keď odpovieme na otázku, koľko atmosfér je v 1 pascale, vytvoríme zodpovedajúci podiel a dostaneme, že 1 Pa=10-5 atm. Čiastočné vákuum zodpovedá akémukoľvek tlaku v uvažovanom priestore, ktorý je menší ako 1 atm.
Ak uvedené čísla preložíme z jazyka tlaku do jazyka počtu častíc, potom by sa malo povedať, že pri 1 atm. 1 m3 vzduchu obsahuje približne 1025 molekúl. Akékoľvek zníženie uvedenej koncentrácie molekúl vedie k vytvoreniu čiastočného vákua.
Meranie vákua
Najbežnejším prístrojom na meranie malého vákua je bežný barometer, ktorý je možné použiť len vtedy, keď je tlak plynu niekoľko desiatok percent atmosférického tlaku.
Na meranie vyšších hodnôt vákua sa používa elektrický obvod s Wheatstoneovým mostíkom. Myšlienkou použitia je meranieodpor snímacieho prvku, ktorý závisí od okolitej koncentrácie molekúl v plyne. Čím väčšia je táto koncentrácia, tým viac molekúl narazí na snímací prvok a čím viac tepla im odovzdá, vedie to k zníženiu teploty prvku, čo ovplyvňuje jeho elektrický odpor. Toto zariadenie dokáže merať vákuum s tlakom 0,001 atm.
Historické pozadie
Je zaujímavé poznamenať, že koncept „absolútneho vákua“úplne odmietli slávni starogrécki filozofi, ako napríklad Aristoteles. Navyše existencia atmosférického tlaku nebola známa až do začiatku 17. storočia. Až s príchodom New Age sa začali robiť pokusy s trubicami naplnenými vodou a ortuťou, ktoré ukázali, že zemská atmosféra vyvíja tlak na všetky okolité telesá. Najmä v roku 1648 dokázal Blaise Pascal zmerať tlak pomocou ortuťového barometra vo výške 1000 metrov nad morom. Nameraná hodnota sa ukázala byť oveľa nižšia ako na hladine mora, takže vedec dokázal existenciu atmosférického tlaku.
Prvý experiment, ktorý jasne demonštroval silu atmosférického tlaku a tiež zdôraznil koncept vákua, sa uskutočnil v Nemecku v roku 1654, teraz známy ako Magdeburský sférický experiment. V roku 1654 dokázal nemecký fyzik Otto von Guericke tesne spojiť dve kovové pologule s priemerom iba 30 cm a následne z výslednej štruktúry odčerpal vzduch, čím vytvorilčiastočné vákuum. Príbeh hovorí, že dva tímy po 8 koní, ktoré ťahali opačným smerom, nedokázali tieto sféry oddeliť.
Absolútne vákuum: existuje?
Inými slovami, existuje miesto vo vesmíre, ktoré neobsahuje žiadnu hmotu. Moderné technológie umožňujú vytvoriť vákuum 10-10 Pa a ešte menej, ale tento absolútny tlak neznamená, že v uvažovanom systéme nezostali žiadne častice hmoty.
Prejdime teraz k najprázdnejšiemu priestoru vo vesmíre – k otvorenému priestoru. Aký je tlak vo vesmírnom vákuu? Tlak vo vesmíre okolo Zeme je 10-8 Pa, pri tomto tlaku je asi 2 milióny molekúl v objeme 1 cm3. Ak hovoríme o intergalaktickom priestore, tak aj v ňom sa podľa vedcov nachádza minimálne 1 atóm v objeme 1 cm3. Náš vesmír je navyše preniknutý elektromagnetickým žiarením, ktorého nosičmi sú fotóny. Elektromagnetické žiarenie je energia, ktorú je možné premeniť na zodpovedajúcu hmotnosť podľa známeho Einsteinovho vzorca (E=mc2), čiže energia je spolu s hmotou stavom hmoty.. To vedie k záveru, že vo vesmíre, ktoré poznáme, neexistuje absolútne vákuum.
