Füüsika definitsiooni järgi tähendab mõiste "vaakum" mis tahes aine ja aine elementide puudumist teatud ruumis, antud juhul räägitakse absoluutsest vaakumist. Osalist vaakumit täheldatakse siis, kui aine tihedus ruumi antud kohas on väike. Vaatame seda probleemi artiklis lähem alt.
Vakuum ja rõhk
Mõte "absoluutne vaakum" definitsioonis räägime aine tihedusest. Füüsikast on teada, et kui arvestada gaasilist ainet, siis on aine tihedus otseselt võrdeline rõhuga. Omakorda, kui räägime osalisest vaakumist, tähendab see, et aineosakeste tihedus antud ruumis on väiksem kui õhul normaalsel atmosfäärirõhul. Seetõttu on vaakumi küsimus rõhu küsimus kõnealuses süsteemis.
Füüsikas on absoluutrõhk suurus, mis võrdub jõu suhtega(mõõdetuna njuutonites (N)), mis on rakendatud risti mõnele pinnale, selle pinna pindalale (mõõdetuna ruutmeetrites), st P=F / S, kus P on rõhk, F on jõud, S on pindala. Rõhu ühik on paskal (Pa), seega 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Osaline vaakum
Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et temperatuuril 20 °C Maa pinnal merepinnal on atmosfäärirõhk 101 325 Pa. Seda rõhku nimetatakse 1. atmosfääriks (atm.). Ligikaudu võib öelda, et rõhk on 1 atm. võrdub 0,1 MPa. Vastates küsimusele, mitu atmosfääri on 1 pascalis, moodustame vastava proportsiooni ja saame, et 1 Pa=10-5 atm. Osaline vaakum vastab mis tahes rõhule vaadeldavas ruumis, mis on väiksem kui 1 atm.
Kui tõlkida näidatud arvud rõhu keelest osakeste arvu keelde, siis tuleks öelda, et 1 atm juures. 1 m3 õhku sisaldab ligikaudu 1025 molekuli. Molekulide nimetatud kontsentratsiooni vähenemine viib osalise vaakumi tekkeni.
Vaakumi mõõtmine
Kõige levinum seade väikese vaakumi mõõtmiseks on tavaline baromeeter, mida saab kasutada ainult siis, kui gaasirõhk on mõnikümmend protsenti atmosfäärirõhust.
Kõrgemate vaakumväärtuste mõõtmiseks kasutatakse Wheatstone'i sillaga elektriahelat. Kasutamise mõte on mõõtatundliku elemendi takistus, mis sõltub ümbritsevast gaasis olevate molekulide kontsentratsioonist. Mida suurem on see kontsentratsioon, seda rohkem molekule tabab sensorelement ja mida rohkem soojust see neile üle kannab, see viib elemendi temperatuuri languseni, mis mõjutab selle elektritakistust. See seade suudab mõõta vaakumit rõhuga 0,001 atm.
Ajalooline taust
Huvitav on märkida, et kuulsad Vana-Kreeka filosoofid, nagu Aristoteles, lükkasid absoluutse vaakumi mõiste täielikult tagasi. Lisaks teati atmosfäärirõhu olemasolust alles 17. sajandi alguses. Alles New Age'i tulekuga hakati katseid tegema vee ja elavhõbedaga täidetud torudega, mis näitasid, et maa atmosfäär avaldab survet kõigile ümbritsevatele kehadele. Eelkõige suutis Blaise Pascal 1648. aastal mõõta rõhku elavhõbedabaromeetri abil 1000 meetri kõrgusel merepinnast. Mõõdetud väärtus osutus palju madalamaks kui merepinnal, seega tõestas teadlane atmosfäärirõhu olemasolu.
Esimene eksperiment, mis demonstreeris selgelt atmosfäärirõhu võimsust ja rõhutas ka vaakumi mõistet, viidi läbi Saksamaal 1654. aastal, mida praegu tuntakse Magdeburgi sfäärikatsena. 1654. aastal suutis saksa füüsik Otto von Guericke kaks metallist poolkera, mille läbimõõt oli vaid 30 cm, omavahel tihed alt ühendada ja seejärel saadud konstruktsioonist õhu välja pumbata, luues sellegaosaline vaakum. Lugu räägib, et kaks 8 hobusest koosnevat meeskonda, mis tõmbasid vastassuundades, ei suutnud neid sfääre eraldada.
Absoluutne vaakum: kas see on olemas?
Teisisõnu, kas ruumis on koht, mis ei sisalda ainet. Kaasaegsed tehnoloogiad võimaldavad luua vaakumi 10-10 Pa ja isegi vähem, kuid see absoluutrõhk ei tähenda, et vaadeldavasse süsteemi poleks jäänud aineosakesi.
Pöördume nüüd universumi kõige tühjamasse ruumi – avakosmosesse. Milline on rõhk ruumi vaakumis? Rõhk avakosmoses Maa ümber on 10-8 Pa, sellisel rõhul on umbes 2 miljonit molekuli ruumalaga 1 cm3. Kui me räägime galaktikatevahelisest ruumist, siis teadlaste sõnul on isegi selles vähem alt 1 aatom ruumalaga 1 cm3. Veelgi enam, meie universum on läbi imbunud elektromagnetkiirgusest, mille kandjateks on footonid. Elektromagnetkiirgus on energia, mida saab muundada vastavaks massiks kuulsa Einsteini valemi järgi (E=mc2), ehk energia koos ainega on aine olek. See viib järeldusele, et meile teadaolevat absoluutset vaakumit universumis ei eksisteeri.
