สูญญากาศคือช่องว่างที่ไม่มีสิ่งใด ในฟิสิกส์ประยุกต์และเทคโนโลยี หมายถึง ตัวกลางที่มีก๊าซบรรจุอยู่ที่ความดันน้อยกว่าความดันบรรยากาศ ก๊าซที่หายากเมื่อถูกค้นพบครั้งแรกคืออะไร
หน้าประวัติศาสตร์
ความว่างเปล่าเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันมานานหลายศตวรรษ ก๊าซหายากพยายามวิเคราะห์นักปรัชญากรีกและโรมันโบราณ เดโมคริตุส ลูเครติอุส นักเรียนของพวกเขาเชื่อว่า ถ้าไม่มีที่ว่างระหว่างอะตอม การเคลื่อนที่ของพวกมันก็จะเป็นไปไม่ได้
อริสโตเติลและผู้ติดตามของเขาหักล้างแนวคิดนี้ ในความเห็นของพวกเขา ไม่ควรมี "ความว่างเปล่า" ในธรรมชาติ ในยุคกลางของยุโรป แนวคิดเรื่อง "ความกลัวความว่างเปล่า" กลายเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก มันถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางศาสนา
กลไกของกรีกโบราณเมื่อสร้างอุปกรณ์ทางเทคนิคนั้นอิงจากการกรองอากาศ ตัวอย่างเช่น ปั๊มน้ำที่ทำงานเมื่อสร้างสุญญากาศเหนือลูกสูบปรากฏขึ้นในช่วงเวลาของอริสโตเติล
สภาพที่หายากของก๊าซ อากาศ ได้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตปั๊มสุญญากาศแบบลูกสูบ ซึ่งปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยี
ต้นแบบของพวกเขาคือกระบอกฉีดยาลูกสูบที่มีชื่อเสียงของนกกระสาแห่งอเล็กซานเดรียที่สร้างขึ้นโดยเขาเพื่อดึงหนองออกมา
ในช่วงกลางศตวรรษที่สิบเจ็ด ห้องสุญญากาศห้องแรกได้รับการพัฒนา และหกปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Otto von Guerick ก็สามารถประดิษฐ์ปั๊มสุญญากาศเครื่องแรกได้
กระบอกสูบลูกสูบนี้สูบลมออกจากภาชนะที่ปิดสนิทอย่างง่ายดาย ทำให้เกิดสุญญากาศที่นั่น ทำให้สามารถศึกษาลักษณะสำคัญของรัฐใหม่ เพื่อวิเคราะห์คุณสมบัติการดำเนินงานได้
เทคแวคคั่ม
ในทางปฏิบัติ ก๊าซและอากาศที่ถูกทำให้บริสุทธิ์เรียกว่าสุญญากาศทางเทคนิค ในปริมาณมาก เป็นไปไม่ได้ที่จะได้สถานะในอุดมคติเช่นนี้ เนื่องจากที่อุณหภูมิหนึ่ง วัสดุจะมีความหนาแน่นของไออิ่มตัวที่ไม่เป็นศูนย์
สาเหตุของความเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับสุญญากาศในอุดมคติก็คือการส่งสารก๊าซผ่านแก้ว ผนังโลหะของภาชนะด้วย
ในปริมาณน้อยก็เป็นไปได้ที่จะได้รับก๊าซที่หายาก จะใช้เส้นทางอิสระของโมเลกุลก๊าซที่ชนกันแบบสุ่ม รวมทั้งขนาดเชิงเส้นของภาชนะที่ใช้เพื่อวัดค่าหายาก
สุญญากาศทางเทคนิคถือได้ว่าเป็นก๊าซในท่อหรือภาชนะที่มีค่าความดันน้อยกว่าในบรรยากาศ สูญญากาศต่ำเกิดขึ้นเมื่ออะตอมหรือโมเลกุลของแก๊สหยุดชนกัน
มีสุญญากาศด้านหน้าอยู่ระหว่างปั๊มสุญญากาศสูงและอากาศในบรรยากาศ ซึ่งทำให้เกิดสุญญากาศเบื้องต้น ในกรณีที่ห้องความดันลดลงในเวลาต่อมา จะสังเกตเห็นความยาวของเส้นทางของอนุภาคก๊าซเพิ่มขึ้นสาร.
เมื่อความดันอยู่ที่ 10 -9 Pa สูญญากาศสูงพิเศษจะถูกสร้างขึ้น เป็นก๊าซที่หายากเหล่านี้ซึ่งใช้ในการทดลองโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน
มันเป็นไปได้ที่จะได้รับสถานะดังกล่าวในรูพรุนของผลึกบางส่วนแม้ที่ความดันบรรยากาศ เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของรูพรุนนั้นเล็กกว่าเส้นทางอิสระของอนุภาคอิสระมาก
เครื่องใช้แบบสุญญากาศ
สถานะการทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซถูกใช้อย่างแข็งขันในอุปกรณ์ที่เรียกว่าปั๊มสุญญากาศ Getters ใช้เพื่อดูดก๊าซและรับระดับสุญญากาศ เทคโนโลยีสูญญากาศยังรวมถึงอุปกรณ์จำนวนมากที่จำเป็นในการควบคุมและวัดสถานะนี้ เช่นเดียวกับการควบคุมวัตถุ เพื่อดำเนินการตามกระบวนการทางเทคโนโลยีต่างๆ อุปกรณ์ทางเทคนิคที่ซับซ้อนที่สุดที่ใช้ก๊าซหายากคือปั๊มสูญญากาศสูง ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์แพร่ทำงานบนพื้นฐานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซตกค้างภายใต้การกระทำของการไหลของก๊าซที่ทำงาน แม้ในกรณีของสุญญากาศในอุดมคติ แต่ก็ยังมีการแผ่รังสีความร้อนเพียงเล็กน้อยเมื่อถึงอุณหภูมิสุดท้าย ข้อมูลนี้จะอธิบายคุณสมบัติหลักของก๊าซหายาก เช่น การเริ่มต้นของสมดุลความร้อนหลังจากช่วงเวลาหนึ่งระหว่างร่างกายกับผนังของห้องสุญญากาศ
ก๊าซโมโนโทมิกที่หายากเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเยี่ยม ในนั้นการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจะดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของการแผ่รังสีเท่านั้นการนำความร้อนและการพาความร้อนไม่ได้มีการสังเกต คุณสมบัตินี้ใช้ในภาชนะ Dewar (กระติกน้ำร้อน) ซึ่งประกอบด้วยสองตู้คอนเทนเนอร์ ระหว่างนั้นมีสุญญากาศ
Vacuum พบการใช้งานที่หลากหลายในหลอดวิทยุ เช่น แมกนีตรอนของกล้องไคเนสโคป เตาอบไมโครเวฟ
เครื่องดูดสูญญากาศ
ในฟิสิกส์ควอนตัม สถานะดังกล่าวหมายถึงสถานะพลังงานพื้น (ต่ำสุด) ของสนามควอนตัม ซึ่งมีลักษณะเป็นศูนย์ค่าของตัวเลขควอนตัม
ในสถานะนี้ ก๊าซโมโนมิกจะไม่ว่างทั้งหมด ตามทฤษฎีควอนตัม อนุภาคเสมือนจะปรากฎขึ้นอย่างเป็นระบบและหายไปในสุญญากาศทางกายภาพ ซึ่งทำให้สนามไม่มีความผันผวน
ในทางทฤษฎี เครื่องดูดฝุ่นหลายแบบสามารถเกิดขึ้นได้พร้อม ๆ กัน ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานแตกต่างกัน รวมถึงลักษณะทางกายภาพอื่นๆ แนวคิดนี้กลายเป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีบิ๊กแบงแบบเงินเฟ้อ
ดูดฝุ่นผิดๆ
มันหมายถึงสถานะของสนามในทฤษฎีควอนตัมซึ่งไม่ใช่สถานะที่มีพลังงานขั้นต่ำ มีความเสถียรในช่วงระยะเวลาหนึ่ง มีความเป็นไปได้ที่จะ "อุโมงค์" สถานะเท็จในสุญญากาศที่แท้จริงเมื่อถึงค่าที่กำหนดของปริมาณทางกายภาพหลัก
นอกอวกาศ
เมื่อพูดถึงคำว่า rarefied gas จำเป็นต้องยึดแนวคิดของ "cosmic vacuum" ถือว่าใกล้เคียงกับสูญญากาศทางกายภาพ แต่มีอยู่ในระหว่างดวงดาวช่องว่าง. ดาวเคราะห์ บริวารธรรมชาติของพวกมัน ดาวฤกษ์หลายดวงมีแรงดึงดูดบางอย่างที่ทำให้ชั้นบรรยากาศอยู่ห่างออกไป ในขณะที่คุณเคลื่อนตัวออกจากพื้นผิวของวัตถุที่เป็นตัวเอก ความหนาแน่นของก๊าซหายากจะเปลี่ยนแปลงไป
ตัวอย่างเช่น มีเส้น Karman ซึ่งถือว่าเป็นคำจำกัดความทั่วไปที่มีพื้นที่รอบนอกของขอบเขตดาวเคราะห์ ข้างหลังนั้น ค่าของแรงดันก๊าซไอโซโทรปิกลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเปรียบเทียบกับการแผ่รังสีดวงอาทิตย์และแรงดันไดนามิกของลมสุริยะ ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะตีความความดันของก๊าซที่หายาก
นอกอวกาศเต็มไปด้วยโฟตอน นิวตริโนที่ระลึกที่ตรวจจับได้ยาก
คุณสมบัติการวัด
ระดับของสุญญากาศมักจะถูกกำหนดโดยปริมาณของสารที่ยังคงอยู่ในระบบ ลักษณะสำคัญของการวัดสถานะนี้คือความดันสัมบูรณ์นอกจากนี้ยังคำนึงถึงองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซและอุณหภูมิด้วย
พารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับสุญญากาศคือค่าเฉลี่ยของความยาวเส้นทางของก๊าซที่เหลืออยู่ในระบบ มีการแบ่งสุญญากาศเป็นช่วงหนึ่งตามเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับการวัด: เท็จ ทางเทคนิค กายภาพ
ขึ้นรูปสูญญากาศ
นี่คือการผลิตผลิตภัณฑ์จากวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่ทันสมัยในรูปแบบร้อนโดยใช้แรงดันอากาศต่ำหรือสุญญากาศ
การขึ้นรูปสูญญากาศถือเป็นวิธีการวาดอันเป็นผลมาจากการที่แผ่นพลาสติกได้รับความร้อนอยู่เหนือเมทริกซ์จนถึงค่าอุณหภูมิที่แน่นอน ต่อไป แผ่นงานจะทำซ้ำรูปร่างของเมทริกซ์ ซึ่งเกิดจากการสร้างสุญญากาศระหว่างมันกับพลาสติก
อุปกรณ์ไฟฟ้า
เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้าง ขยาย และแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ในอุปกรณ์ดังกล่าว อากาศจะถูกกำจัดออกจากพื้นที่ทำงาน และใช้เปลือกกันซึมเพื่อป้องกันสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าว ได้แก่ อุปกรณ์สูญญากาศอิเล็กทรอนิกส์ โดยที่อิเล็กตรอนจะอยู่ในสุญญากาศ หลอดไส้สามารถถือเป็นอุปกรณ์สูญญากาศได้เช่นกัน
ก๊าซที่ความกดอากาศต่ำ
แก๊สเรียกว่า rarefied ถ้าความหนาแน่นของมันมีค่าเล็กน้อย และความยาวของเส้นทางโมเลกุลนั้นเทียบได้กับขนาดของภาชนะที่มีแก๊สอยู่ ในสถานะดังกล่าว จำนวนอิเล็กตรอนจะลดลงตามสัดส่วนของความหนาแน่นของก๊าซ
ในกรณีของก๊าซที่หายากมาก แทบไม่มีแรงเสียดทานภายในเลย แรงเสียดทานภายนอกของก๊าซเคลื่อนที่กับผนังปรากฏขึ้นแทน ซึ่งอธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมของโมเลกุลเมื่อชนกับภาชนะ ในสถานการณ์เช่นนี้ มีความได้สัดส่วนโดยตรงระหว่างความเร็วของอนุภาคกับความหนาแน่นของก๊าซ
ในกรณีของสุญญากาศต่ำ จะสังเกตการชนกันระหว่างอนุภาคก๊าซในปริมาณเต็มที่บ่อยครั้ง ซึ่งมาพร้อมกับการแลกเปลี่ยนพลังงานความร้อนที่เสถียร สิ่งนี้อธิบายปรากฏการณ์การถ่ายโอน (การแพร่กระจาย การนำความร้อน) ซึ่งใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่อย่างแข็งขัน
รับก๊าซหายาก
การศึกษาทางวิทยาศาสตร์และการพัฒนาอุปกรณ์สูญญากาศเริ่มขึ้นในกลางศตวรรษที่สิบเจ็ด ในปี ค.ศ. 1643 ชาวอิตาลี Torricelli พยายามหาค่าความดันบรรยากาศ และหลังจากการประดิษฐ์ปั๊มลูกสูบแบบกลไกที่มีตราประทับน้ำพิเศษโดย O. Guericke โอกาสที่แท้จริงปรากฏขึ้นสำหรับการศึกษาคุณลักษณะของก๊าซที่ผ่านการกลั่นเป็นจำนวนมาก ในเวลาเดียวกัน ได้มีการศึกษาความเป็นไปได้ของผลกระทบของสุญญากาศต่อสิ่งมีชีวิต การทดลองที่ดำเนินการในสุญญากาศโดยปล่อยประจุไฟฟ้ามีส่วนทำให้เกิดอิเล็กตรอนเชิงลบ นั่นคือรังสีเอกซ์
ต้องขอบคุณความสามารถในการเป็นฉนวนความร้อนของสุญญากาศ มันจึงเป็นไปได้ที่จะอธิบายวิธีการถ่ายเทความร้อน เพื่อใช้ข้อมูลทางทฤษฎีสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีไครโอเจนิกส์ที่ทันสมัย
ใช้เครื่องดูดฝุ่น
ในปี พ.ศ. 2416 ได้มีการประดิษฐ์อุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้าเครื่องแรกขึ้น พวกเขากลายเป็นหลอดไส้ที่สร้างขึ้นโดย Lodygin นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย นับตั้งแต่นั้นมา การใช้งานเทคโนโลยีสุญญากาศในทางปฏิบัติได้เพิ่มขึ้น วิธีการใหม่ในการได้รับและศึกษาสถานะนี้จึงปรากฏขึ้น
ปั๊มสุญญากาศหลายประเภทถูกสร้างขึ้นในระยะเวลาอันสั้น:
- หมุน;
- แช่แข็ง;
- โมเลกุล;
- การแพร่กระจาย
ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 นักวิชาการ Lebedev พยายามปรับปรุงพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของอุตสาหกรรมสุญญากาศ จนถึงกลางศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ไม่อนุญาตให้มีแรงกดดันน้อยกว่า 10-6 Pa.
Bปัจจุบันระบบสูญญากาศสร้างด้วยโลหะทั้งหมดเพื่อป้องกันการรั่วซึม ปั๊มสุญญากาศสุญญากาศนั้นใช้ไม่เพียงแต่ในห้องปฏิบัติการวิจัยเท่านั้น แต่ยังใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ อีกด้วย
ตัวอย่างเช่น หลังจากการพัฒนาการอพยพแบบพิเศษหมายถึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อวัตถุที่ใช้ โอกาสในการใช้เทคโนโลยีสูญญากาศแบบใหม่ก็ปรากฏขึ้น ในทางเคมี ระบบดังกล่าวถูกใช้อย่างแข็งขันสำหรับการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของคุณสมบัติของสารบริสุทธิ์ การแยกส่วนผสมออกเป็นส่วนประกอบ และการวิเคราะห์อัตราของกระบวนการต่างๆ
