Chân không là không gian trong đó không có vật chất. Trong vật lý và công nghệ ứng dụng, nó có nghĩa là một môi trường chứa một chất khí ở áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Khí hiếm khi lần đầu tiên được phát hiện là gì?
Trang Lịch sử
Ý tưởng về sự trống rỗng đã là một chủ đề gây tranh cãi trong nhiều thế kỷ. Các nhà triết học Hy Lạp và La Mã cổ đại đã cố gắng phân tích. Democritus, Lucretius, các sinh viên của họ tin rằng: nếu không có không gian trống giữa các nguyên tử, chuyển động của chúng sẽ không thể thực hiện được.
Aristotle và những người theo ông đã bác bỏ khái niệm này, theo quan điểm của họ, không nên có "tính không" trong tự nhiên. Vào thời Trung Cổ ở Châu Âu, ý tưởng "sợ khoảng trống" đã trở thành ưu tiên, nó được sử dụng cho các mục đích tôn giáo.
Cơ khí của Hy Lạp cổ đại, khi tạo ra các thiết bị kỹ thuật, dựa trên sự hiếm không khí. Ví dụ, máy bơm nước hoạt động khi chân không được tạo ra phía trên piston xuất hiện vào thời Aristotle.
Trạng thái hiếm của khí, không khí, đã trở thành cơ sở để sản xuất máy bơm chân không piston, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong công nghệ.
Nguyên mẫu của họ là ống tiêm pít-tông nổi tiếng của Heron of Alexandria, do anh ta tạo rađể hút mủ ra ngoài.
Vào giữa thế kỷ XVII, buồng chân không đầu tiên được phát triển và sáu năm sau, nhà khoa học người Đức Otto von Guerick đã tìm cách phát minh ra máy bơm chân không đầu tiên.
Xi lanh piston này dễ dàng bơm không khí ra khỏi thùng kín, tạo chân không ở đó. Điều này giúp chúng ta có thể nghiên cứu các đặc điểm chính của trạng thái mới, để phân tích các thuộc tính hoạt động của nó.
Máy hút công nghệ
Trong thực tế, trạng thái hiếm của khí, không khí được gọi là chân không kỹ thuật. Ở thể tích lớn, không thể có được trạng thái lý tưởng như vậy, vì ở một nhiệt độ nhất định, vật liệu có mật độ hơi bão hòa khác 0.
Lý do không thể có được chân không lý tưởng cũng là do sự truyền các chất ở thể khí qua thủy tinh, thành kim loại của bình.
Với số lượng nhỏ, rất có thể thu được khí hiếm. Để đo độ hiếm, đường đi tự do của các phân tử khí va chạm ngẫu nhiên, cũng như kích thước tuyến tính của bình được sử dụng được sử dụng.
Chân không kỹ thuật có thể được coi là khí trong đường ống hoặc bình chứa có giá trị áp suất nhỏ hơn trong khí quyển. Chân không thấp xảy ra khi các nguyên tử hoặc phân tử của khí ngừng va chạm với nhau.
Một chân không phía trước được đặt giữa bơm chân không cao và không khí trong khí quyển, tạo ra chân không sơ bộ. Trong trường hợp giảm áp suất tiếp theo trong buồng áp suất, sự gia tăng chiều dài đường đi của các phần tử khí được quan sát thấy.chất.
Khi áp suất từ 10-9Pa, một chân không cực cao được tạo ra. Chính những khí hiếm này được sử dụng để tiến hành các thí nghiệm bằng kính hiển vi quét đường hầm.
Có thể có được trạng thái như vậy trong các lỗ rỗng của một số tinh thể ngay cả ở áp suất khí quyển, vì đường kính của các lỗ nhỏ hơn nhiều so với đường đi tự do của một hạt tự do.
Thiết bị dựa trên chân không
Trạng thái hiếm của khí được sử dụng tích cực trong các thiết bị gọi là bơm chân không. Getters được sử dụng để hút khí và có được một độ chân không nhất định. Công nghệ chân không cũng bao gồm nhiều thiết bị cần thiết để kiểm soát và đo lường trạng thái này, cũng như để điều khiển các đối tượng, để thực hiện các quá trình công nghệ khác nhau. Các thiết bị kỹ thuật phức tạp nhất sử dụng khí hiếm là máy bơm chân không cao. Ví dụ, các thiết bị khuếch tán hoạt động trên cơ sở chuyển động của các phân tử khí dư dưới tác dụng của dòng khí hoạt động. Ngay cả trong trường hợp chân không lý tưởng, có rất ít bức xạ nhiệt khi đạt đến nhiệt độ cuối cùng. Điều này giải thích các đặc tính chính của khí hiếm, ví dụ, sự bắt đầu của trạng thái cân bằng nhiệt sau một khoảng thời gian nhất định giữa cơ thể và thành của buồng chân không.
Khí hiếm monatomic là một chất cách nhiệt tuyệt vời. Trong đó, sự truyền nhiệt năng chỉ được thực hiện khi có sự trợ giúp của bức xạ, dẫn nhiệt và đối lưu khôngđược quan sát. Đặc tính này được sử dụng trong bình Dewar (bình giữ nhiệt), bao gồm hai bình chứa, giữa chúng có chân không.
Chân không đã được ứng dụng rộng rãi trong các ống vô tuyến, ví dụ, nam châm của kính động học, lò vi sóng.
Chân không vật lý
Trong vật lý lượng tử, trạng thái như vậy có nghĩa là trạng thái năng lượng cơ bản (thấp nhất) của trường lượng tử, được đặc trưng bởi các giá trị bằng không của các số lượng tử.
Ở trạng thái này, khí đơn chất không hoàn toàn rỗng. Theo lý thuyết lượng tử, các hạt ảo xuất hiện và biến mất một cách có hệ thống trong chân không vật lý, điều này gây ra dao động của trường bằng không.
Về mặt lý thuyết, một số chân không khác nhau có thể tồn tại đồng thời, chúng khác nhau về mật độ năng lượng, cũng như các đặc điểm vật lý khác. Ý tưởng này đã trở thành cơ sở cho lý thuyết vụ nổ lớn lạm phát.
Chân không giả
Nó có nghĩa là trạng thái của trường trong lý thuyết lượng tử, không phải là trạng thái có năng lượng tối thiểu. Nó ổn định trong một khoảng thời gian nhất định. Có khả năng "đào đường hầm" trạng thái giả thành chân không thực khi đạt đến giá trị yêu cầu của các đại lượng vật lý chính.
Không gian bên ngoài
Khi thảo luận về ý nghĩa của khí hiếm, cần phải tập trung vào khái niệm "chân không vũ trụ". Nó có thể được coi là gần với chân không vật lý, nhưng tồn tại trong các vì saokhoảng trống. Các hành tinh, vệ tinh tự nhiên của chúng, nhiều ngôi sao có lực hút nhất định giữ cho bầu khí quyển ở một khoảng cách nhất định. Khi bạn di chuyển ra khỏi bề mặt của một vật thể sao, mật độ của khí hiếm sẽ thay đổi.
Ví dụ, có đường Karman, được coi là một định nghĩa chung với không gian bên ngoài ranh giới của hành tinh. Đằng sau nó, giá trị của áp suất khí đẳng hướng giảm mạnh so với bức xạ mặt trời và áp suất động của gió mặt trời, vì vậy rất khó để giải thích áp suất của khí hiếm.
Không gian bên ngoài chứa đầy các photon, neutrino di tích rất khó phát hiện.
Tính năng đo lường
Độ chân không thường được xác định bởi lượng chất còn lại trong hệ thống. Đặc điểm chính của phép đo trạng thái này là áp suất tuyệt đối, ngoài ra, thành phần hóa học của khí và nhiệt độ của nó cũng được tính đến.
Một thông số quan trọng đối với chân không là giá trị trung bình của chiều dài đường đi của các khí còn lại trong hệ thống. Có sự phân chia chân không thành các phạm vi nhất định phù hợp với công nghệ cần thiết cho các phép đo: sai lệch, kỹ thuật, vật lý.
Tạo hình chân không
Đây là sản xuất các sản phẩm từ vật liệu nhựa nhiệt dẻo hiện đại ở dạng nóng sử dụng áp suất không khí thấp hoặc tác động chân không.
Tạo hình chân không được coi là một phương pháp vẽ, do đó nhựa tấm được làm nóng,nằm phía trên ma trận, lên đến một giá trị nhiệt độ nhất định. Tiếp theo, tấm này lặp lại hình dạng của ma trận, điều này là do sự tạo ra chân không giữa nó và nhựa.
Thiết bị hút chân không
Chúng là những thiết bị được thiết kế để tạo, khuếch đại và chuyển đổi năng lượng điện từ. Trong một thiết bị như vậy, không khí được loại bỏ khỏi không gian làm việc và một lớp vỏ không thấm được sử dụng để bảo vệ chống lại môi trường. Ví dụ về các thiết bị như vậy là thiết bị chân không điện tử, trong đó các điện tử nằm gọn trong chân không. Đèn sợi đốt cũng có thể được coi là thiết bị chân không.
Khí ở áp suất thấp
Một chất khí được gọi là hiếm nếu khối lượng riêng của nó không đáng kể và chiều dài của đường phân tử có thể so sánh với kích thước của bình chứa chất khí đó. Ở trạng thái như vậy, số lượng electron giảm theo tỷ lệ với mật độ của khí.
Trong trường hợp khí rất hiếm, thực tế không có ma sát bên trong. Thay vào đó, ma sát bên ngoài của chất khí chuyển động chống lại các bức tường xuất hiện, điều này được giải thích là do sự thay đổi động lượng của các phân tử khi chúng va chạm với bình. Trong tình huống như vậy, có một tỷ lệ thuận giữa tốc độ của các hạt và mật độ của khí.
Trong trường hợp chân không thấp, va chạm thường xuyên giữa các hạt khí ở thể tích đầy đủ được quan sát, kèm theo đó là sự trao đổi nhiệt năng ổn định. Điều này giải thích hiện tượng truyền (khuếch tán, dẫn nhiệt), được sử dụng tích cực trong công nghệ hiện đại.
Thu nhận khí hiếm
Việc nghiên cứu khoa học và phát triển các thiết bị chân không bắt đầu vào giữa thế kỷ XVII. Vào năm 1643, Torricelli người Ý đã quản lý để xác định giá trị của áp suất khí quyển, và sau khi O. Guericke phát minh ra máy bơm piston cơ học có phớt chặn nước đặc biệt, một cơ hội thực sự đã xuất hiện để thực hiện nhiều nghiên cứu về các đặc tính của khí hiếm. Đồng thời, các khả năng tác động của chân không đối với các sinh vật đã được nghiên cứu. Các thí nghiệm được thực hiện trong chân không với sự phóng điện đã góp phần phát hiện ra một electron âm, bức xạ tia X.
Nhờ khả năng cách nhiệt của chân không, người ta có thể giải thích các phương pháp truyền nhiệt, sử dụng thông tin lý thuyết cho sự phát triển của công nghệ đông lạnh hiện đại.
Sử dụng máy hút
Năm 1873, thiết bị điện chân không đầu tiên được phát minh. Chúng trở thành một chiếc đèn sợi đốt, do nhà vật lý người Nga Lodygin tạo ra. Kể từ thời điểm đó, ứng dụng thực tế của công nghệ chân không đã được mở rộng, các phương pháp mới để thu thập và nghiên cứu trạng thái này đã xuất hiện.
Nhiều loại bơm chân không đã được tạo ra trong thời gian ngắn:
- quay;
- hấp lạnh;
- phân tử;
- khuếch tán.
Vào đầu thế kỷ 20, viện sĩ Lebedev đã cố gắng cải thiện các cơ sở khoa học của ngành công nghiệp chân không. Cho đến giữa thế kỷ trước, các nhà khoa học không cho phép khả năng đạt được áp suất nhỏ hơn 10-6 Pa.
BHiện nay, hệ thống chân không được chế tạo hoàn toàn bằng kim loại để tránh rò rỉ. Máy bơm đông lạnh chân không không chỉ được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu mà còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau.
Ví dụ, sau khi sự phát triển của phương tiện sơ tán đặc biệt không gây ô nhiễm đối tượng được sử dụng, triển vọng mới cho việc sử dụng công nghệ chân không đã xuất hiện. Trong hóa học, các hệ thống như vậy được sử dụng tích cực để phân tích định tính và định lượng các đặc tính của các chất tinh khiết, tách hỗn hợp thành các thành phần và phân tích tốc độ của các quá trình khác nhau.
