ตามคำจำกัดความในวิชาฟิสิกส์ แนวคิดของ "สูญญากาศ" หมายถึงการไม่มีสสารและองค์ประกอบของสสารใด ๆ ในบางพื้นที่ ในกรณีนี้ เราพูดถึงสุญญากาศสัมบูรณ์ สูญญากาศบางส่วนจะถูกสังเกตเมื่อความหนาแน่นของสารในสถานที่ที่กำหนดในอวกาศต่ำ ลองมาดูปัญหานี้ในบทความกันดีกว่า
สูญญากาศและแรงดัน
ในคำจำกัดความของแนวคิด "สุญญากาศสัมบูรณ์" เรากำลังพูดถึงความหนาแน่นของสสาร จากฟิสิกส์เป็นที่ทราบกันว่าหากพิจารณาเรื่องก๊าซความหนาแน่นของสารจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดัน ในทางกลับกัน เมื่อพูดถึงสุญญากาศบางส่วน แสดงว่าความหนาแน่นของอนุภาคสสารในพื้นที่ที่กำหนดนั้นน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศที่ความดันบรรยากาศปกติ นั่นคือเหตุผลที่คำถามเกี่ยวกับสุญญากาศเป็นคำถามเกี่ยวกับแรงกดดันในระบบที่เป็นปัญหา
ในทางฟิสิกส์ ความดันสัมบูรณ์คือปริมาณเท่ากับอัตราส่วนของแรง(วัดเป็นนิวตัน (N)) ซึ่งตั้งฉากกับพื้นผิวบางส่วนในแนวตั้งฉากกับพื้นที่ของพื้นผิวนี้ (วัดเป็นตารางเมตร) นั่นคือ P=F / S โดยที่ P คือความดัน F คือแรง S คือพื้นที่ผิว หน่วยของความดันคือปาสกาล (Pa) ดังนั้น 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
สูญญากาศบางส่วน
ได้มีการทดลองแล้วว่าที่อุณหภูมิ 20 °C บนพื้นผิวโลกที่ระดับน้ำทะเล ความกดอากาศอยู่ที่ 101,325 Pa ความดันนี้เรียกว่าชั้นบรรยากาศที่ 1 (atm.) ประมาณเราสามารถพูดได้ว่าความดันคือ 1 atm เท่ากับ 0.1 MPa ตอบคำถามว่ามีกี่บรรยากาศใน 1 ปาสกาล เราสร้างสัดส่วนที่สอดคล้องกันและได้ 1 Pa=10-5 atm สูญญากาศบางส่วนสอดคล้องกับแรงกดดันใด ๆ ในพื้นที่ภายใต้การพิจารณาที่น้อยกว่า 1 atm
ถ้าเราแปลตัวเลขที่ระบุจากภาษาของความดันเป็นภาษาของจำนวนอนุภาคก็ควรจะกล่าวว่าที่ 1 atm 1 เมตร3 ของอากาศมีประมาณ 1025 โมเลกุล การลดลงของความเข้มข้นของโมเลกุลที่ระบุจะนำไปสู่การก่อตัวของสุญญากาศบางส่วน
วัดสูญญากาศ
อุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในการวัดสุญญากาศขนาดเล็กคือบารอมิเตอร์ทั่วไป ซึ่งสามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อความดันแก๊สอยู่ที่สองสามสิบเปอร์เซ็นต์ของบรรยากาศ
ในการวัดค่าสุญญากาศที่สูงขึ้น จะใช้วงจรไฟฟ้าที่มีสะพานวีทสโตน แนวคิดในการใช้คือการวัดความต้านทานขององค์ประกอบการตรวจจับซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นโดยรอบของโมเลกุลในก๊าซ ยิ่งความเข้มข้นนี้มากเท่าไร โมเลกุลก็จะยิ่งกระทบกับองค์ประกอบการตรวจจับมากเท่านั้น และยิ่งถ่ายเทความร้อนไปยังพวกมันมากขึ้น จะทำให้อุณหภูมิขององค์ประกอบลดลง ซึ่งส่งผลต่อความต้านทานไฟฟ้า อุปกรณ์นี้สามารถวัดสูญญากาศด้วยแรงดัน 0.001 atm.
ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์
น่าสนใจที่จะสังเกตว่าแนวคิดของ "สุญญากาศสัมบูรณ์" ถูกปฏิเสธโดยสิ้นเชิงโดยนักปรัชญากรีกโบราณที่มีชื่อเสียง เช่น อริสโตเติล นอกจากนี้ยังไม่ทราบถึงการมีอยู่ของความดันบรรยากาศจนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 17 มีเพียงการถือกำเนิดของยุคใหม่เท่านั้น การทดลองเริ่มดำเนินการด้วยหลอดที่เต็มไปด้วยน้ำและปรอท ซึ่งแสดงให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของโลกส่งแรงกดดันต่อวัตถุโดยรอบทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี ค.ศ. 1648 แบลส ปาสกาลสามารถวัดความดันโดยใช้ปรอทบารอมิเตอร์ที่ระดับความสูง 1,000 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล ค่าที่วัดได้นั้นต่ำกว่าที่ระดับน้ำทะเลมาก นักวิทยาศาสตร์จึงได้พิสูจน์ว่าความกดอากาศมีอยู่จริง
การทดลองแรกที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงพลังของความกดอากาศและยังเน้นแนวคิดของสุญญากาศได้ดำเนินการในเยอรมนีในปี 1654 ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ Magdeburg Sphere Experiment ในปี ค.ศ. 1654 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Otto von Guericke สามารถเชื่อมต่อซีกโลกโลหะสองซีกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 30 ซม. แล้วสูบลมออกจากโครงสร้างที่เกิดขึ้นจึงสร้างสูญญากาศบางส่วน เรื่องนี้เล่าว่าแต่ละทีมมีม้า 8 ตัวซึ่งดึงไปในทิศทางตรงกันข้ามไม่สามารถแยกทรงกลมเหล่านี้ออกได้
สุญญากาศสัมบูรณ์: มันมีอยู่จริงหรือ
กล่าวอีกนัยหนึ่ง มีที่ว่างที่ไม่มีเรื่องหรือไม่ เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถสร้างสุญญากาศได้ถึง 10-10 Pa และน้อยกว่านั้นอีก แต่แรงกดดันสัมบูรณ์นี้ไม่ได้หมายความว่าไม่มีอนุภาคเหลืออยู่ในระบบที่อยู่ระหว่างการพิจารณา
เลี้ยวตรงไปยังพื้นที่ว่างที่สุดในจักรวาล - เพื่อเปิดพื้นที่ ความดันในสุญญากาศของอวกาศคืออะไร? ความดันในอวกาศรอบโลกอยู่ที่ 10-8 Pa ที่ความดันนี้มีโมเลกุลประมาณ 2 ล้านโมเลกุลในปริมาตร 1 ซม.3. หากเราพูดถึงอวกาศในอวกาศ นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าแม้ในนั้นจะมีอะตอมอย่างน้อย 1 อะตอมในปริมาตร 1 ซม.3 นอกจากนี้จักรวาลของเรายังเต็มไปด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นพาหะของโฟตอน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานที่สามารถแปลงเป็นมวลที่สอดคล้องกันตามสูตร Einstein ที่มีชื่อเสียง (E=mc2) นั่นคือพลังงานพร้อมกับสสารเป็นสถานะของสสาร. สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าไม่มีสุญญากาศที่แน่นอนในจักรวาลที่เรารู้จัก