Mida me teame vaakumi kohta?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Kõige rangemas tähenduses on vaakum ruumi piirkond, milles aine puudub täielikult. See termin tähistab absoluutset tühjust ja selle peamiseks probleemiks on see, et see kirjeldab ideaalset olekut, mida reaalses maailmas eksisteerida ei saa.

Keegi pole veel leidnud viisi, kuidas seda tüüpi ideaalset vaakumit maapealsetes tingimustes luua ja seetõttu kasutatakse seda terminit ka tühjade ruumipiirkondade kirjeldamiseks. Kuid valdkondades, mis on meie igapäevaelule veidi lähemal, on endiselt vaakum. Me ütleme teile, mis see on, lihtsate sõnadega.

Enamasti on vaakum anum, millest eemaldatakse nii palju kui võimalik kõik gaasid, sealhulgas õhk. Maailmakosmos on tõepoolest ideaalsele vaakumile kõige lähemal: astronoomid usuvad, et tähtedevaheline ruum ei koosne mõnel juhul rohkem kui ühest aatomist või molekulist kuupkilomeetri kohta.

Ükski Maal toodetud vaakum ei jõua sellele tingimusele isegi lähedale.

"Maa vaakumist" rääkimiseks peate meeles pidama survet. Rõhk tekib gaasis või vedelikus olevate molekulide mõjust nende keskkonnale, tavaliselt anuma seintele, olgu selleks siis soodapudel või kolju. Rõhu suurus sõltub löökide tugevusest, mida molekulid teatud territooriumil "tekivad", ja seda mõõdetakse "njuutonites ruutmeetri kohta" - sellel mõõtühikul on spetsiaalne nimi "pascal".

Suhe rõhu (p), jõu (F) ja pindala (A) vahel määratakse järgmise võrrandiga: p = F / A - see kehtib olenemata sellest, kas rõhk on madal, näiteks ruumis või väga kõrge, nagu hüdrosüsteemides.

Üldiselt, kuigi vaakumi määratlus on ebatäpne, viitab see tavaliselt rõhule, mis on alla atmosfäärirõhu ja sageli palju alla atmosfäärirõhu. Õhu eemaldamisel suletud ruumist tekib vaakum, mille tulemuseks on rõhulang selle ruumi ja ümbritseva atmosfääri vahel.

Kui ruumi piirab liikuv pind, surub atmosfäärirõhk selle seinad kokku – hoidejõu suurus sõltub pinna pindalast ja vaakumi tasemest. Kui rohkem õhku eemaldatakse, suureneb rõhulangus ja suureneb ka vaakumi potentsiaalne jõud.

Kuna kõiki õhumolekule on peaaegu võimatu konteinerist eemaldada, on võimatu saavutada täiuslikku vaakumit.

Tööstuslikus ja koduses mastaabis (näiteks kui otsustate talve sulejope panna vaakumkottidesse) saavutatakse efekt erineva suurusega vaakumpumpade või generaatorite abil, mis eemaldavad õhku. Suletud anuma külge kinnitatakse kolb-silindris pump ja iga pumba käiguga eemaldatakse osa gaasist silindrist. Mida kauem pump töötab, seda parem vaakum paagis tekib.

Igaüks, kes on kunagi riiete hoiustamiseks mõeldud kotist õhku evakueerinud, plastanuma kaant pigistanud, et anumast õhku välja lasta või purki pannud (ja ka vaakummassaažis käinud), on oma elus vaakumiga kokku puutunud. Kuid loomulikult on selle kasutamise levinuim näide tavaline kodutolmuimeja. Tolmuimeja ventilaator eemaldab kanistrist pidevalt õhku, tekitades osalise vaakumi ning tolmuimejast väljas olev atmosfäärirõhk surub õhu kanistrisse, viies endaga kaasa tolmu ja mustuse, mis on tolmuimeja esiküljel oleva harjaga segatud. koristaja.

Teine näide on termos. Termos koosneb kahest pudelist, mis on üksteise sees ja nende vaheline ruum on vaakum. Õhu puudumisel ei liigu soojus kahe pudeli vahel nii kergesti kui tavaliselt. Selle tulemusena hoiavad kuumad vedelikud anumas soojust, samas kui külmad vedelikud jäävad külmaks, kuna kuumus ei saa neisse tungida.

Niisiis määrab vaakumi taseme sisemuse ja ümbritseva atmosfääri vaheline rõhuerinevus. Kõigi nende mõõtmiste kaks peamist maamärki on standardne atmosfäärirõhk ja ideaalne vaakum. Vaakumi mõõtmiseks saab kasutada mitut ühikut, kuid tavaline meetermõõdustik on millibaar või mbar. Atmosfäärirõhku mõõdetakse omakorda baromeetriga, mis kõige lihtsamal kujul koosneb suletud ülemise ja alumise otsaga evakueeritud vertikaalsest torust, mis paikneb atmosfäärile avatud elavhõbedaga anumas.

Atmosfäärirõhk mõjutab vedeliku avatud pinda, põhjustades elavhõbeda tõusu torusse. "Normaalne" atmosfäärirõhk on rõhk, mis on võrdne 760 mm kõrguse elavhõbedasamba massiga temperatuuril 0,0 ° C, laiuskraadil 45 ° ja merepinnal.

Vaakumi taset saab mõõta mitut tüüpi manomeetritega:

• Bourdon toru manomeeteron kõige kompaktsem ja laialdasemalt kasutatav seade - mõõtmine põhineb painutatud elastse toru deformatsioonil, kui manomeetri porti rakendatakse vaakum.
• Elektrooniline analoog on vaakummõõtur … Vaakum või rõhk nihutab elastset metallmembraani anduris ja see läbipaine muudab omavahel ühendatud ahela elektrilisi omadusi – tulemuseks on elektrooniline signaal, mis tähistab vaakumi taset.

• U-toru manomeeter näitab kahe rõhu erinevust. Lihtsamal kujul on see mõõtur elavhõbedaga täidetud pool läbipaistev U-toru. Kui toru mõlemad otsad on atmosfäärirõhu all, on elavhõbeda tase mõlemas küünarnukis sama. Vaakumi rakendamine ühele küljele põhjustab selles sisalduva elavhõbeda tõusu ja languse teisel küljel – kahe taseme kõrguste erinevus näitab vaakumi taset.

Enamiku manomeetrite skaalal on atmosfäärirõhu väärtuseks määratud null, seetõttu peaksid vaakumi mõõtmised alati olema nullist väiksemad.