Vákuum
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
A vákuum egy olyan térbeli térfogat, ami lényegében nem tartalmaz anyagot, így a benne lévő nyomás sokkal alacsonyabb, mint a standard légnyomás.[1] A szó latin eredetű, a „vacuus” melléknév jelentése: „üres, valamitől megfosztott, szabad”[2], jóllehet egy tér soha nem lehet teljesen üres. A „tökéletes vákuum”, mint olyan inkább csak filozófiai fogalom. Valóságban még soha nem figyeltek meg „tökéletes vákuumot”, és a kvantumelmélet szerint nem is lehetséges.
Fizikusok a vákuum fogalom alatt kicsit mást értenek. Ők az ideális teszteredményeket, amelyek teljes vákuumban fordulnának elő, egyszerűen „vákuum” jelzővel látják el, például fénysebesség vákuumban, míg a valóságos tökéletlen vákuumot „részleges vákuumnak” nevezik. (Ellenőrizendő)
A vákuum minőségét azzal mérik, hogy mennyire közelíti meg az ideális vákuumot. A maradék nyomás a minőség elsődleges jelzője, legyakrabban torrban, vagy mbar-ban (1 mbar=100 Pa) adják meg. Az alacsonyabb nyomás jobb vákuumminőséget jelent. A vákuum minőségének elméleti határt szab a kvantummechanika. A világűr egy természetes jó minőségű vákuum, jobb, mint amit jelen technikai szintünkön mesterségesen elő tudunk állítani.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Felfedezése és történeti felfogása
A vákuum már a görög idők óta tárgya a filozófiának, bár empirikusan nem tanulmányozták a 18. századig. A görög többnyire nem tudták elgondolni, hogy létezhet a „semmi”. Parmediész i.e. 485 körül ontológiai úton érvelt a „semmiség” létezésének lehetőségéről. Platón a vákuum gondolatát elképzelhetetlennek tartotta. Hasonlóképp, Arisztotelész is úgy vélekedett, hogy a semmi nem lehet valami. Abból a feltételezésből kiindulva, hogy vákuumban semmi nem akadályozza a mozgást, végtelen sebesség érhető el. Végtelen sebesség nem létezhet, tehát vákuum sem létezhet. Kijelentése, mi szerint „horror vacui”, a „természet irtózik az ürességtől” több évszázadon keresztül érv maradt tudományos vitákban. Későbbi görög filozófusok úgy vélekedtek, hogy a vákuum létezhet a valahol a „kozmoszon” kívül, de benne nem.
A középkorban, az egyház a vákuum gondolatát erkölcstelennek, sőt eretneknek tartotta. Minden hiány egyúttal Isten hiányát jelenti, visszautalva a világ teremtése előtti „semmire” .
Galileo Galilei már úgy vélekedett, hogy bár a természet kerüli a vákuumot, ezt csak korlátozottan tudja megtenni, azáltal, hogy megtölti anyaggal. 1643-ban Evangelista Torricelli Galilei tanítványa elkezdte vizsgálni, hogy a bányaszivattyúk, miért csak 10 méter magasságig képesek a vizet felszívni. Torricelli, nem hitte, hogy a vákuumiszony emeli a vizet, sokkal inkább, hogy valami más nyomja fel. Megtöltött egy egyik végén zárt csövet, melyet lefordítva adott magasságú higanyoszlopot tartott meg, függetlenül, hogy mennyi higanyt használt. Ezzel nem csak a légnyomást fedezte fel, hanem az első mesterségesen előállított vákuumot, jóllehet ez először Blaise Pascal ismerte fel.
1650-ban Otto von Guericke Magdeburg polgármestere megalkotja az első vákuumszivattyút. Ennek segítségével 1654-ben bemutatja híres kísérletét a magdeburgi féltekéket. Bizonyítja, hogy a hang nem terjed vákuumban, a gyertya nem ég, és az állatok megfulladnak.
1656-ben Robert Boyle és Robert Hooke Guericke pumpájának segítségével felfedezik az ideális gázok törvényeinek egyik speciális esetét.
[szerkesztés] Felhasználása
A vákuum egy elterjedten és gyakran használt ipari eszköz. Első általános felhasználása az izzólámpa volt, ahol is védte a volfrám huzalt, a kémai behatásoktól. Kémiai közömbössége számos ipari alkalmazásban hasznos, például elektron sugaras hegesztés, CVD, száraz marás, vagy akár a vákuumcsomagolás. A vákuum, mivel konvekció benne nem lehetséges hőszigetelő képessége kiváló. Ezt felhasználják például termoszok készítésére. A vákuum segíti a kipárolgást, ezért használják szárításra, desztillálásra.
[szerkesztés] Minőség
A vákuum minőségét a visszamaradt anyag jellemzi. Elsődlegesen annak abszolút nyomása, de teljes jellemzéséhez hozzátartozik még kémai összetétele, hőmérséklete és esetlegesen más paramétere is. Egyik ilyen paraméter a közepes szabad úthossz, amely azt jellemzi, hogy egy molekula átlagosan mekkora távolságot tehet meg ütközés nélkül. Ahogy a nyomás csökken, úgy nő a szabad úthossz. Ha meghaladja a tároló edény fizikai méretét a folyadék mechanikai törvények nem alkalmazhatóak. A közepes szabad úthossz atmoszférikus nyomáson levegőben kb. 70 nm, de 100 mPa-on (~1·10−3 Torr) szobahőmérsékletű levegőnél kb. 10 cm.
A világűr általában sokkal üresebb, mint bármilyen mesterséges vákuuma, amit létre tudunk hozni. A világűr nyomásértelmezését ugyan nehezíti, hogy a nyomás túlnyomó része a napszélből származik, amihez képest az izotróp gáznyomás elhanyagolható.
A vákuum minőségét osztályokra szokták bontani, bár az osztályok határai nem univerzálisan elfogadottak.
| Atmoszferikus nyomás* | 760 Torr | 101 kPa |
| Elővákuum** | 760 – 25 Torr | 100 – 3 kPa |
| Középvákuum | 25 – 1·10−3 Torr | 3 kPa – 100 mPa |
| Nagyvákuum | 1·10−3 – 1·10−9 Torr | 100 mPa – 1 µPa |
| Ultra nagy vákuum | 1·10−9 – 1·10−12 Torr | 100 nPa – 100 pPa |
| Extrém nagy vákuum | <1·10−12 Torr | <100 pPa |
| Világűr | 1·10−6 – <3·10−17 Torr | 100 µPa – < 3 fPa |
| Tökéletes vákuum | 0 Torr | 0 Pa |
- 'Az atmoszferikus nyomás' változik, de értéke szabványban rögzített 101,325 kPa (760 Torr)
- Az „elővákuumot”, hívják még durva vákuumnak is
[szerkesztés] Példák
| Porszívó | kb. 80 kPa | (600 Torr) |
| folyadékgyűrűs vákuumszivattyú | kb. 3,2 kPa | (24 Torr) |
| Forgólapátos szivattyú | 100 Pa – 100 mPa | (1 Torr – 10−3 Torr) |
| Izzólámpa | 10 – 1 Pa | (0,1 – 0,01 Torr) |
| Termosz | 1 – 0,1 Pa | (10−2 – 10−3 Torr) |
| Földközeli űr | kb. 100 µPa | (10−6 Torr) |
| Nyomás a Holdon | kb. 1 nPa | (10−11 Torr) |
| Csillagközi tér | kb. 1 fPa | (10−17 Torr) |
[szerkesztés] Szivattyúzás
[szerkesztés] Mérés
[szerkesztés] Kigázosodás
[szerkesztés] Tulajdonságok
A tér sok tulajdonsága közelít a vákuumértékekhez, ahogy a nyomás közelít a nullához.
- A fény sebessége közelíti a 299 792 458 m/s-ot , de mindig alacsonyabb
- A törésmutató közelíti az 1,0-et , de mindig magasabb
- Az elektromos permittivitás (
) közelíti a 8,8541878176x10-12 farads per méter (F/m). - A mágneses permeabilitás (μ0) közelíti a 4π×10−7 N/A2.
- A hullámimpedancia (Z0) közelíti a 376,73 Ω.
[szerkesztés] Jegyzetek
- ^ Az Osiris Helyesírás szótári része szerinti sztenderd magyar kiejtése vá-ku-um (bár a „vákum” forma terjedőben van).
- ^ A hasonló jelentésű inanisszal és vanusszal szemben a vacuus jelentésében nem szerepel a hiány fogalma, úgy jelent üreset, hogy ez az üresség hiánynak vagy fogyatkozásnak nem tekinthető (lásd Finály Henrik: A latin nyelv szótára).
Based on work by