Съгласно определението във физиката, понятието "вакуум" предполага отсъствието на каквото и да е вещество и елементи от материята в определено пространство, в този случай се говори за абсолютен вакуум. Частичен вакуум се наблюдава, когато плътността на веществото на дадено място в пространството е ниска. Нека разгледаме по-отблизо този въпрос в статията.
Вакуум и налягане
В дефиницията на понятието "абсолютен вакуум" говорим за плътността на материята. От физиката е известно, че ако се разглежда газообразна материя, тогава плътността на веществото е право пропорционална на налягането. От своя страна, когато се говори за частичен вакуум, се има предвид, че плътността на частиците на материята в дадено пространство е по-малка от тази на въздуха при нормално атмосферно налягане. Ето защо въпросът за вакуума е въпрос на налягане във въпросната система.
Във физиката абсолютното налягане е величина, равна на съотношението на силата(измерено в нютони (N)), което се прилага перпендикулярно към някаква повърхност, към площта на тази повърхност (измерена в квадратни метри), тоест P=F / S, където P е налягане, F е сила, S е повърхностна площ. Единицата за налягане е паскал (Pa), така че 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Частичен вакуум
Експериментално е установено, че при температура от 20 °C на земната повърхност на морското равнище, атмосферното налягане е 101 325 Pa. Това налягане се нарича 1-ва атмосфера (атм.). Приблизително можем да кажем, че налягането е 1 атм. е равно на 0,1 MPa. Отговаряйки на въпроса колко атмосфери има в 1 паскал, ние съставяме съответната пропорция и получаваме, че 1 Pa=10-5 atm. Частичен вакуум съответства на всяко налягане в разглежданото пространство, което е по-малко от 1 атм.
Ако преведем посочените цифри от езика на налягането на езика на броя на частиците, тогава трябва да се каже, че при 1 атм. 1 m3 въздух съдържа приблизително 1025 молекули. Всяко намаляване на посочената концентрация на молекули води до образуването на частичен вакуум.
Измерване на вакуум
Най-често срещаният уред за измерване на малък вакуум е конвенционален барометър, който може да се използва само когато налягането на газа е няколко десетки процента от атмосферното.
За измерване на по-високи стойности на вакуума се използва електрическа верига с мост на Уитстоун. Идеята на използването е за измерванесъпротивлението на сензорния елемент, което зависи от заобикалящата концентрация на молекули в газа. Колкото по-голяма е тази концентрация, толкова повече молекули удрят чувствителния елемент и колкото повече топлина им предава, това води до намаляване на температурата на елемента, което се отразява на електрическото му съпротивление. Това устройство може да измерва вакуум с налягане от 0,001 атм.
Историческа справка
Интересно е да се отбележи, че концепцията за "абсолютен вакуум" беше напълно отхвърлена от известни древногръцки философи, като Аристотел. Освен това съществуването на атмосферно налягане не е известно до началото на 17 век. Едва с настъпването на Новата ера започват да се провеждат експерименти с тръби, пълни с вода и живак, които показват, че земната атмосфера оказва натиск върху всички околни тела. По-специално, през 1648 г. Блез Паскал успява да измери налягането с помощта на живачен барометър на височина от 1000 метра над морското равнище. Измерената стойност се оказа много по-ниска от тази на морското равнище, така ученият доказа съществуването на атмосферно налягане.
Първият експеримент, който ясно демонстрира силата на атмосферното налягане и също така подчерта концепцията за вакуум, е проведен в Германия през 1654 г., сега известен като Експеримент със сферата на Магдебург. През 1654 г. немският физик Ото фон Герике успява да свърже плътно две метални полукълба с диаметър само 30 см и след това изпомпва въздух от получената структура, като по този начин създавачастичен вакуум. Историята разказва, че два впряга от по 8 коня, които се дърпаха в противоположни посоки, не можеха да разделят тези сфери.
Абсолютен вакуум: съществува ли?
С други думи, има ли място в пространството, което не съдържа никаква материя. Съвременните технологии позволяват да се създаде вакуум от 10-10 Pa и дори по-малко, но това абсолютно налягане не означава, че в разглежданата система няма останали частици от материя.
Нека сега се обърнем към най-празното пространство във Вселената - към отвореното пространство. Какво е налягането във вакуума на космоса? Налягането в космическото пространство около Земята е 10-8 Pa, при това налягане има около 2 милиона молекули в обем от 1 cm3. Ако говорим за междугалактическо пространство, тогава според учените дори в него има поне 1 атом в обем от 1 cm3. Освен това нашата Вселена е проникната с електромагнитно излъчване, чиито носители са фотоните. Електромагнитното излъчване е енергия, която може да се преобразува в съответната маса съгласно известната формула на Айнщайн (E=mc2), тоест енергията, заедно с материята, е състояние на материята. Това води до заключението, че във Вселената не съществува абсолютен вакуум, известен ни.
