I følge definisjonen i fysikk innebærer begrepet "vakuum" fravær av noe stoff og elementer av materie i et bestemt rom, i dette tilfellet snakker man om et absolutt vakuum. Et delvis vakuum observeres når tettheten til stoffet på et gitt sted i rommet er lav. La oss se nærmere på dette problemet i artikkelen.
Vakuum og trykk
I definisjonen av begrepet "absolutt vakuum" snakker vi om tettheten av materie. Fra fysikk er det kjent at hvis gassformig materiale vurderes, så er tettheten til stoffet direkte proporsjonal med trykket. På sin side, når man snakker om et delvis vakuum, antyder man at tettheten av materiepartikler i et gitt rom er mindre enn for luft ved norm alt atmosfærisk trykk. Derfor er spørsmålet om vakuum et spørsmål om trykk i det aktuelle systemet.
I fysikk er absolutt trykk en størrelse lik forholdet mellom kraften(målt i newton (N)), som påføres vinkelrett på en overflate, til arealet av denne overflaten (målt i kvadratmeter), det vil si P=F / S, hvor P er trykk, F er kraft, S er overflateareal. Trykkenheten er pascal (Pa), så 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Delvis vakuum
Det er eksperimentelt fastslått at ved en temperatur på 20 °C på jordens overflate ved havnivå, er atmosfæretrykket 101 325 Pa. Dette trykket kalles 1. atmosfære (atm.). Omtrent kan vi si at trykket er 1 atm. tilsvarer 0,1 MPa. Ved å svare på spørsmålet om hvor mange atmosfærer det er i 1 pascal, utgjør vi den tilsvarende andelen og får at 1 Pa=10-5 atm. Et delvis vakuum tilsvarer ethvert trykk i det aktuelle rommet som er mindre enn 1 atm.
Hvis vi oversetter de angitte tallene fra trykkspråket til språket for antall partikler, så skal det sies at ved 1 atm. 1 m3 luft inneholder omtrent 1025 molekyler. Enhver reduksjon i den navngitte konsentrasjonen av molekyler fører til dannelsen av et delvis vakuum.
Vakuummåling
Den vanligste enheten for å måle et lite vakuum er et konvensjonelt barometer, som bare kan brukes når gasstrykket er noen titalls prosent av atmosfærisk.
For å måle høyere vakuumverdier brukes en elektrisk krets med en Wheatstone-bro. Ideen med å bruke er å målemotstanden til sanseelementet, som avhenger av den omkringliggende konsentrasjonen av molekyler i gassen. Jo større denne konsentrasjonen er, desto flere molekyler treffer det følende elementet, og jo mer varme det overfører til dem, fører dette til en reduksjon i temperaturen til elementet, noe som påvirker dets elektriske motstand. Denne enheten kan måle vakuum med trykk på 0,001 atm.
Historisk bakgrunn
Det er interessant å merke seg at konseptet "absolutt vakuum" ble fullstendig avvist av kjente antikke greske filosofer, som Aristoteles. I tillegg var eksistensen av atmosfærisk trykk ikke kjent før på begynnelsen av 1600-tallet. Først med innkomsten av New Age begynte man å utføre eksperimenter med rør fylt med vann og kvikksølv, som viste at jordens atmosfære utøver press på alle omkringliggende kropper. Spesielt i 1648 var Blaise Pascal i stand til å måle trykk ved hjelp av et kvikksølvbarometer i en høyde på 1000 meter over havet. Den målte verdien viste seg å være mye lavere enn ved havnivå, og dermed beviste forskeren eksistensen av atmosfærisk trykk.
Det første eksperimentet som tydelig demonstrerte kraften til atmosfærisk trykk og også understreket konseptet vakuum ble utført i Tyskland i 1654, nå kjent som Magdeburg Sphere Experiment. I 1654 var den tyske fysikeren Otto von Guericke i stand til å koble sammen to metallhalvkuler med en diameter på bare 30 cm, og pumpet deretter luft ut av den resulterende strukturen, og skapte derveddelvis vakuum. Historien forteller at to lag på 8 hester hver, som trakk i motsatte retninger, ikke kunne skille disse kulene.
Absolutt vakuum: finnes det?
Med andre ord, er det et sted i rommet som ikke inneholder noen materie. Moderne teknologier gjør det mulig å skape et vakuum på 10-10 Pa og enda mindre, men dette absolutte trykket betyr ikke at det ikke er noen materiepartikler igjen i systemet som vurderes.
La oss nå gå til den mest tomme plassen i universet – til åpen plass. Hva er trykket i rommets vakuum? Trykket i verdensrommet rundt jorden er 10-8 Pa, ved dette trykket er det omtrent 2 millioner molekyler i et volum på 1 cm3. Hvis vi snakker om intergalaktisk rom, er det ifølge forskere, selv i det minst 1 atom i et volum på 1 cm3. Dessuten er universet vårt gjennomsyret av elektromagnetisk stråling, hvis bærere er fotoner. Elektromagnetisk stråling er energi som kan omdannes til tilsvarende masse i henhold til den berømte Einstein-formelen (E=mc2), det vil si at energi, sammen med materie, er en tilstand av materie. Dette fører til konklusjonen at det ikke er noe absolutt vakuum i universet kjent for oss.
