Co wiemy o próżni?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-07 16:28

W najściślejszym sensie próżnia to obszar przestrzeni, w którym materia jest całkowicie nieobecna. Termin ten reprezentuje absolutną pustkę, a jego głównym problemem jest to, że opisuje stan idealny, który nie może istnieć w świecie rzeczywistym.

Nikt jeszcze nie znalazł sposobu na wytworzenie idealnej próżni tego typu w warunkach ziemskich, dlatego termin ten używany jest również do opisu pustych obszarów kosmosu. Ale wciąż istnieje próżnia w obszarach, które są nieco bliższe naszemu życiu codziennemu. W prostych słowach powiemy Ci, co to jest.

W większości przypadków próżnia to pojemnik, z którego wszystkie gazy, w tym powietrze, są usuwane w jak największym stopniu. Przestrzeń kosmiczna jest rzeczywiście najbliżej idealnej próżni: astronomowie uważają, że przestrzeń między gwiazdami w niektórych przypadkach składa się z nie więcej niż jednego atomu lub cząsteczki na kilometr sześcienny.

Żadna próżnia wytwarzana na Ziemi nawet nie zbliża się do tego stanu.

Mówiąc o „próżni ziemi”, trzeba pamiętać o ciśnieniu. Ciśnienie powstaje w wyniku oddziaływania cząsteczek gazu lub cieczy na ich otoczenie, zwykle na ścianki naczynia, czy jest to butelka po napojach gazowanych, czy czaszka. Wielkość ciśnienia zależy od siły ciosów, które cząsteczki „zadają” na określonym terytorium i jest mierzona w „niutonach na metr kwadratowy” – ta jednostka miary ma specjalną nazwę „pascal”.

Zależność między ciśnieniem (p), siłą (F) a powierzchnią (A) określa równanie: p = F / A - ma ono zastosowanie niezależnie od tego, czy ciśnienie jest małe, jak np. w przestrzeni, czy bardzo wysokie, jak w układach hydraulicznych.

Ogólnie rzecz biorąc, chociaż definicja próżni jest niedokładna, zwykle odnosi się do ciśnienia poniżej, a często znacznie poniżej ciśnienia atmosferycznego. Podciśnienie powstaje, gdy powietrze jest usuwane z zamkniętej przestrzeni, co powoduje spadek ciśnienia między tą przestrzenią a otaczającą atmosferą.

Jeśli przestrzeń jest ograniczona przez ruchomą powierzchnię, ciśnienie atmosferyczne ściśnie jej ściany - wielkość siły trzymającej zależy od pola powierzchni i poziomu podciśnienia. Im więcej powietrza jest usuwane, tym spadek ciśnienia wzrasta, a potencjalna siła podciśnienia również wzrasta.

Ponieważ usunięcie wszystkich cząsteczek powietrza z pojemnika jest prawie niemożliwe, niemożliwe jest osiągnięcie idealnej próżni.

Na skalę przemysłową i domową (na przykład, jeśli zdecydujesz się umieścić zimową kurtkę puchową w workach próżniowych) efekt uzyskuje się za pomocą pomp próżniowych lub generatorów różnej wielkości, które usuwają powietrze. Pompa tłokowa w cylindrze jest przymocowana do zamkniętego pojemnika i przy każdym suwie pompy część gazu jest usuwana z cylindra. Im dłużej pompa pracuje, tym lepsze jest podciśnienie w zbiorniku.

Każdy, kto kiedykolwiek wypuszczał powietrze z worka do przechowywania ubrań, ściskał wieko plastikowego pojemnika, żeby wypuścić powietrze z pojemnika, czy wkładał puszki (a także poszedł na masaż próżniowy), spotkał się w życiu z próżnią. Ale oczywiście najczęstszym przykładem jego zastosowania jest zwykły odkurzacz domowy. Wentylator odkurzacza stale usuwa powietrze z kanistra tworząc częściową próżnię, a ciśnienie atmosferyczne na zewnątrz odkurzacza wtłacza powietrze do kanistra zabierając ze sobą kurz i brud poruszany przez szczotkę z przodu odkurzacza odkurzacz.

Innym przykładem jest termos. Termos składa się z dwóch butelek zagnieżdżonych w sobie, a przestrzeń między nimi to próżnia. W przypadku braku powietrza ciepło nie przechodzi między dwiema butelkami tak łatwo, jak normalnie. W rezultacie gorące płyny wewnątrz pojemnika zatrzymują ciepło, podczas gdy zimne płyny pozostają zimne, ponieważ ciepło nie może do nich wnikać.

Tak więc poziom podciśnienia zależy od różnicy ciśnień między wnętrzem a otaczającą atmosferą. Dwoma głównymi punktami orientacyjnymi we wszystkich tych pomiarach są standardowe ciśnienie atmosferyczne i idealna próżnia. Do pomiaru podciśnienia można użyć kilku jednostek, ale powszechną jednostką metryczną jest milibar lub mbar. Z kolei ciśnienie atmosferyczne mierzone jest za pomocą barometru, który w najprostszej postaci składa się z próżniowej pionowej rury z zamkniętym górnym i dolnym końcem, umieszczonej w pojemniku z rtęcią otwartym do atmosfery.

Ciśnienie atmosferyczne działa na odsłoniętą powierzchnię cieczy, powodując unoszenie się rtęci do wnętrza rurki. „Normalne” ciśnienie atmosferyczne to ciśnienie równe ciężarowi słupa rtęciowego o wysokości 760 mm w temperaturze 0,0°C, szerokości geograficznej 45° i poziomie morza.

Poziom podciśnienia można zmierzyć kilkoma rodzajami manometrów:

• Manometr z rurką Bourdonajest najbardziej kompaktowym i najczęściej używanym urządzeniem - pomiar opiera się na odkształceniu zgiętej elastycznej rurki po przyłożeniu podciśnienia do portu manometru.
• Elektroniczny analog to wakuometr … Podciśnienie lub ciśnienie odchyla elastyczną metalową membranę w czujniku, a to odchylenie zmienia charakterystykę elektryczną połączonego obwodu - wynikiem jest sygnał elektroniczny, który reprezentuje poziom podciśnienia.
• Manometr w kształcie litery U pokazuje różnicę między dwoma ciśnieniami. W najprostszej postaci miernik ten jest przezroczystą rurką w kształcie litery U wypełnioną do połowy rtęcią. Gdy oba końce rurki znajdują się pod ciśnieniem atmosferycznym, poziom rtęci w każdym kolanku jest taki sam. Przyłożenie podciśnienia z jednej strony powoduje, że znajdująca się w nim rtęć unosi się i opada z drugiej strony - różnica wysokości między dwoma poziomami wskazuje poziom podciśnienia.

Na skalach większości manometrów ciśnienie atmosferyczne ma przypisaną wartość zero, dlatego pomiary próżni powinny być zawsze mniejsze od zera.