Вакуум

от Уикипедия, свободната енциклопедия

Във физиката вакуум е отсъствието на вещество в определен обем от пространството. Думата идва от латински - vacuum (pl. vacua) и означава празно пространство. Колкото и да е 'празно' едно пространство обаче, абсолютен вакуум няма, затова се говори за различни степени на вакуум.

В техниката вакуум е всяка област, в която налягането е по-ниско от атмосферното налягане. Инженерите измерват степента на вакуум с единици за налягане. В системата SI единицата е паскал (съкратено Pa), но по-често вакуумът се измерва в милиметри живачен стълб (mmHg) или torr, като 1 mmHg или 1 torr е равен на 133,3223684 Ра. Често се използват и барометрични единици или проценти от атмосферното налягане.

Съдържание

1 Степени на вакуум
2 Идеален и частичен вакуум
3 Стойности на вакуума в различни практически случаи
4 Създаване на вакуум
5 Външни връзки

[редактиране] Степени на вакуум

Оределени са следните степени на вакуум според налягането:

Нисък вакуум	760 до 25 Torr	100 до 3,3 kPa
Среден вакуум	25 до 1×10^-3 Torr	3,3 kPa до 130 mPa
Висок вакуум	1×10^-3 до 1×10^-6 Torr	130 mPa до 130 µPa
Много висок вакуум	1×10^-6 до 1×10^-9 Torr	130 µPa до 130 nPa
Ултрависок вакуум	1×10^-9 Torr и по-малко	130 nPa и по-малко

[редактиране] Идеален и частичен вакуум

Идеален вакуум е понятие, което се използва във физиката, но не може да се постигне в лаборатория, нито пък в далечния Космос, където при налягане от 10⁻¹⁴ Pa или 10⁻¹⁶ torr има само няколко водородни атома на кубичен сантиметър.

В съвременните съоръжения се счита, че в затворено пространство (наричано обикновено вакуумна камера) има вакуум, ако налягането на газовете в него е по-ниско от атмосферното (760 Torr or 101 kPa), или е силно понижено, така че да протече някакъв технологичен процес.

Физиците използват и понятието частичен вакуум за описание на неидеален вакуум. Пълното характеризиране на физическото състояние тогава включва и други физични величини като температура.

[редактиране] Стойности на вакуума в различни практически случаи

Атмосферно налягане = варира, но за изчисления се приема 101,325 kPa (760 Torr) или 760 mm живачен стълб
Степен на засмукване от обикновена прахосмукачка = приблизително 80 kPa (600 Torr)
Механична вакуумна помпа = приблизително 100 Pa до 100 μPa (1 Torr до 10⁻⁶ Torr)
В Космоса в близост до Земята = приблизително 100 μPa (10⁻⁶ Torr)
Криопомпа - използва се например в камера за молекулярно-лъчева епитаксия = 100 nPa до 1 nPa (10⁻⁹ Torr до 10⁻¹¹ Torr)
На Луната = приблизително 1 nPa (10⁻¹¹ Torr)
Мездузвездно пространство = приблизително 1 fPa (10⁻¹⁷ Torr) [1]

С намаляване на газовото налягане расте средният свободен пробег на газовите молекули. Когато той надвиши размера на камерата, помпата, космическия кораб вече не важат предположенията на механиката на флуидите. Това състояние се нарича висок вакуум, и изучаването на потоците флуид в този режим се нарича газова динамика на частици.

В междупланетното и междузвездното пространство налягането на газа е незначително в сравнение със слънчевото налягане, слънчевия вятър и динамичното налягане, затова астрофизиците предпочитат да използват единици за плътност - частици на кубичен метър.

[редактиране] Създаване на вакуум

Най-лесният начин за създаване на изкуствен вакуум е да се разшири обема на един контейнер. Например човешките мускули разширяват гръдния кош при вдишване и създават частичен вакуум, при което външният въздух нахлува, за да изравни налягането. Чрез последователно изпомпване и изолиране на един контейнер е възможно от една камера с фиксиран обем да се изтегли въздухът или друг газ подобно на изсмукването на напитка със сламка. Това е принципът на действие на повечето механични вакуумни помпи. Вътре в помпата има малка кухина, чийто обем се разширява механично и налягането в нея намалява. Поради създадената разлика в наляганията известна част от газа в камерата за изпомпване навлиза в кухината, след което връзката с камерата се затваря, кухината се отваря към атмосферата и обемът и отново се намалява.