Theo định nghĩa trong vật lý, khái niệm "chân không" ám chỉ sự vắng mặt của bất kỳ chất và phần tử nào của vật chất trong một không gian nhất định, trong trường hợp này người ta nói đến chân không tuyệt đối. Chân không một phần được quan sát khi mật độ của chất ở một nơi nhất định trong không gian thấp. Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về vấn đề này trong bài viết.
Chân không và áp suất
Trong định nghĩa của khái niệm "chân không tuyệt đối", chúng ta đang nói về mật độ của vật chất. Từ vật lý học, người ta biết rằng nếu coi vật chất ở thể khí thì khối lượng riêng của chất đó tỷ lệ thuận với áp suất. Ngược lại, khi nói về chân không một phần, người ta ngụ ý rằng mật độ của các hạt vật chất trong một không gian nhất định nhỏ hơn mật độ của không khí ở áp suất khí quyển bình thường. Đó là lý do tại sao câu hỏi về chân không là câu hỏi về áp suất trong hệ thống đang được đề cập.
Trong vật lý, áp suất tuyệt đối là đại lượng bằng tỉ số của lực(đo bằng niutơn (N)), được áp dụng vuông góc lên một số bề mặt, lên diện tích của bề mặt này (đo bằng mét vuông), nghĩa là, P=F / S, trong đó P là áp suất, F là lực, S là diện tích bề mặt. Đơn vị của áp suất là pascal (Pa), do đó 1 [Pa]=1 [N] / 1 [m2].
Chân không một phần
Thực nghiệm đã chứng minh rằng ở nhiệt độ 20 ° C trên bề mặt Trái đất ở mực nước biển, áp suất khí quyển là 101.325 Pa. Áp suất này được gọi là khí quyển thứ nhất (atm.). Một cách gần đúng, chúng ta có thể nói rằng áp suất là 1 atm. bằng 0,1 MPa. Trả lời câu hỏi có bao nhiêu atm trong 1 pascal, ta lập tỉ lệ tương ứng và nhận được rằng 1 Pa=10-5atm. Chân không riêng phần tương ứng với bất kỳ áp suất nào trong không gian đang xét nhỏ hơn 1 atm.
Nếu chúng ta dịch các số liệu được chỉ ra từ ngôn ngữ của áp suất sang ngôn ngữ của số lượng hạt, thì có thể nói rằng ở 1 atm. 1 m3không khí chứa khoảng 10 phân tử25. Bất kỳ sự giảm nồng độ phân tử nào cũng dẫn đến sự hình thành chân không riêng phần.
Đo chân không
Thiết bị phổ biến nhất để đo chân không nhỏ là khí áp kế thông thường, chỉ có thể được sử dụng khi áp suất khí là vài chục phần trăm của khí quyển.
Để đo giá trị chân không cao hơn, một mạch điện có cầu Wheatstone được sử dụng. Ý tưởng của việc sử dụng là để đo lườngđiện trở của phần tử cảm biến, phụ thuộc vào nồng độ xung quanh của các phân tử trong khí. Nồng độ này càng lớn, càng có nhiều phân tử va chạm vào phần tử cảm biến và nhiệt lượng truyền sang chúng càng nhiều, điều này dẫn đến giảm nhiệt độ của phần tử, ảnh hưởng đến điện trở của nó. Thiết bị này có thể đo chân không với áp suất 0,001 atm.
Bối cảnh lịch sử
Thật thú vị khi lưu ý rằng khái niệm "chân không tuyệt đối" đã bị các nhà triết học Hy Lạp cổ đại nổi tiếng, chẳng hạn như Aristotle, bác bỏ hoàn toàn. Ngoài ra, người ta vẫn chưa biết đến sự tồn tại của áp suất khí quyển cho đến đầu thế kỷ 17. Chỉ với sự ra đời của Thời đại mới, các thí nghiệm bắt đầu được thực hiện với các ống chứa đầy nước và thủy ngân, cho thấy bầu khí quyển của trái đất tạo áp lực lên tất cả các vật thể xung quanh. Đặc biệt, vào năm 1648, Blaise Pascal đã có thể đo áp suất bằng khí áp kế thủy ngân ở độ cao 1000 mét so với mực nước biển. Giá trị đo được hóa ra thấp hơn nhiều so với mực nước biển, do đó nhà khoa học đã chứng minh được sự tồn tại của áp suất khí quyển.
Thí nghiệm đầu tiên chứng minh rõ ràng sức mạnh của áp suất khí quyển và cũng nhấn mạnh khái niệm chân không được thực hiện ở Đức vào năm 1654, ngày nay được gọi là Thí nghiệm Hình cầu Magdeburg. Vào năm 1654, nhà vật lý người Đức Otto von Guericke đã có thể kết nối chặt chẽ hai bán cầu kim loại với đường kính chỉ 30 cm, và sau đó bơm không khí ra khỏi cấu trúc tạo thành, từ đó tạo rachân không một phần. Câu chuyện kể rằng hai đội mỗi đội 8 con ngựa kéo ngược chiều nhau không thể tách những quả cầu này ra.
Chân không tuyệt đối: nó có tồn tại không?
Nói cách khác, có một nơi nào đó trong không gian không chứa bất kỳ vật chất nào. Công nghệ hiện đại có thể tạo ra chân không 10-10Pa và thậm chí nhỏ hơn, nhưng áp suất tuyệt đối này không có nghĩa là không có hạt vật chất nào còn sót lại trong hệ thống đang được xem xét.
Bây giờ chúng ta hãy hướng đến không gian trống rỗng nhất trong Vũ trụ - không gian mở. Áp suất trong chân không của không gian là bao nhiêu? Áp suất trong không gian bên ngoài xung quanh Trái đất là 10-8Pa, ở áp suất này có khoảng 2 triệu phân tử thể tích 1 cm3. Nếu chúng ta nói về không gian giữa các thiên hà, thì theo các nhà khoa học, ngay cả trong nó cũng có ít nhất 1 nguyên tử với thể tích 1 cm3. Hơn nữa, Vũ trụ của chúng ta tràn ngập bức xạ điện từ, các hạt mang điện là các photon. Bức xạ điện từ là năng lượng có thể được chuyển đổi thành khối lượng tương ứng theo công thức Einstein nổi tiếng (E=mc2), tức là năng lượng, cùng với vật chất, là một trạng thái của vật chất.. Điều này dẫn đến kết luận rằng không có chân không tuyệt đối trong Vũ trụ mà chúng ta đã biết.
