Физикадағы анықтамаға сәйкес «вакуум» ұғымы белгілі бір кеңістікте кез келген зат пен зат элементтерінің жоқтығын білдіреді, бұл жағдайда абсолютті вакуум туралы айтылады. Жартылай вакуум кеңістіктегі белгілі бір жерде заттың тығыздығы төмен болғанда байқалады. Бұл мәселені мақалада толығырақ қарастырайық.
Вакуум және қысым
«Абсолюттік вакуум» ұғымының анықтамасында біз заттың тығыздығы туралы айтып отырмыз. Физикадан белгілі болғандай, егер газ тәрізді зат қарастырылса, онда заттың тығыздығы қысымға тура пропорционал болады. Өз кезегінде, ішінара вакуум туралы айтқанда, белгілі бір кеңістіктегі зат бөлшектерінің тығыздығы қалыпты атмосфералық қысымдағы ауаға қарағанда аз екенін білдіреді. Сондықтан вакуум мәселесі қарастырылып отырған жүйедегі қысым мәселесі болып табылады.
Физикада абсолютті қысым күштің қатынасына тең шама.(Ньютонмен (N) өлшенеді), ол кейбір бетке перпендикуляр осы беттің ауданына (шаршы метрмен өлшенеді), яғни P=F / S, мұндағы P - қысым, F - күш, S - бетінің ауданы. Қысым бірлігі паскаль (Па), сондықтан 1 [Па]=1 [N]/ 1 [m2].
Ішінара вакуум
Жер бетінде теңіз деңгейінде 20 °C температурада атмосфералық қысым 101325 Па болатыны тәжірибе жүзінде анықталған. Бұл қысым 1-ші атмосфера (атм.) деп аталады. Шамамен қысым 1 атм деп айта аламыз. 0,1 МПа тең. 1 паскальда қанша атмосфера бар деген сұраққа жауап бере отырып, біз сәйкес пропорцияны құрамыз және сол 1 Па=10-5 атм аламыз. Жартылай вакуум қарастырылып отырған кеңістіктегі 1 атмнан аз кез келген қысымға сәйкес келеді.
Егер көрсетілген сандарды қысым тілінен бөлшектер санының тіліне аударатын болсақ, онда 1 атм. 1 м3 ауада шамамен 1025 молекула бар. Молекулалардың аталған концентрациясының кез келген төмендеуі ішінара вакуумның пайда болуына әкеледі.
Вакуумды өлшеу
Кішкентай вакуумды өлшеуге арналған ең көп таралған құрылғы - кәдімгі барометр, оны газ қысымы атмосфераның бірнеше ондаған пайызы болғанда ғана пайдалануға болады.
Жоғары вакуум мәндерін өлшеу үшін Wheatstone көпірі бар электр тізбегі пайдаланылады. Қолдану идеясы - өлшеугаздағы молекулалардың қоршаған концентрациясына байланысты сезгіш элементтің кедергісі. Бұл концентрация неғұрлым көп болса, сезімтал элементке соғұрлым көп молекулалар соғылады және ол оларға көбірек жылу береді, бұл элемент температурасының төмендеуіне әкеледі, бұл оның электрлік кедергісіне әсер етеді. Бұл құрылғы 0,001 атм қысыммен вакуумды өлшей алады.
Тарихи дерек
Бір қызығы, «абсолюттік вакуум» ұғымын Аристотель сияқты атақты ежелгі грек философтары мүлде жоққа шығарған. Сонымен қатар, атмосфералық қысымның болуы 17 ғасырдың басына дейін белгілі болған жоқ. Жаңа дәуірдің келуімен ғана су және сынап толтырылған түтіктермен тәжірибелер жүргізіле бастады, бұл жер атмосферасының барлық қоршаған денелерге қысым жасайтынын көрсетті. Атап айтқанда, 1648 жылы Блез Паскаль теңіз деңгейінен 1000 метр биіктікте сынап барометрінің көмегімен қысымды өлшей алды. Өлшенген мән теңіз деңгейінен әлдеқайда төмен болып шықты, осылайша ғалым атмосфералық қысымның бар екенін дәлелдеді.
Атмосфералық қысымның күшін анық көрсеткен және вакуум ұғымына ерекше мән берген алғашқы тәжірибе 1654 жылы Германияда жүргізілді, қазір Магдебург сферасы эксперименті деп аталады. 1654 жылы неміс физигі Отто фон Герике диаметрі небәрі 30 см болатын екі металл жарты шарды тығыз байланыстыра алды, содан кейін алынған құрылымнан ауаны сорып, осылайша құруға мүмкіндік берді.ішінара вакуум. Әңгіме қарама-қарсы жаққа қарай тартылған әрқайсысы 8 атты екі команданың бұл шарларды ажырата алмағаны туралы айтылады.
Абсолютті вакуум: ол бар ма?
Басқаша айтқанда, кеңістікте ешбір материя жоқ орын бар ма? Заманауи технологиялар 10-10 Па және одан да аз вакуум жасауға мүмкіндік береді, бірақ бұл абсолютті қысым қарастырылып отырған жүйеде ешқандай зат бөлшектері қалмайды дегенді білдірмейді.
Енді Ғаламдағы ең бос кеңістікке – кеңістікті ашуға көшейік. Кеңістік вакуумындағы қысым қандай? Жердің айналасындағы ғарыш кеңістігіндегі қысым 10-8 Па, бұл қысымда 1 см көлемінде 2 миллиондай молекула бар3. Егер галактикааралық кеңістік туралы айтатын болсақ, онда ғалымдардың пікірінше, оның өзінде 1 см3 көлемінде кем дегенде 1 атом бар. Сонымен қатар, біздің Ғалам электромагниттік сәулеленумен өтеді, оның тасымалдаушылары фотондар. Электромагниттік сәулелену – белгілі Эйнштейн формуласы бойынша сәйкес массаға айналуы мүмкін энергия (E=mc2), яғни энергия затпен бірге заттың күйі болып табылады.. Бұл бізге белгілі Ғаламда абсолютті вакуум жоқ деген қорытындыға әкеледі.
