Vakuum - bu hech qanday materiya bo'lmagan makon. Amaliy fizika va texnologiyada bu atmosfera bosimidan kamroq bosimda gaz mavjud bo'lgan muhitni anglatadi. Noyob gazlar birinchi marta kashf etilganda nimalar edi?
Tarix sahifalari
Bo'shlik g'oyasi asrlar davomida bahs mavzusi bo'lib kelgan. Noyob gazlar qadimgi yunon va rim faylasuflarini tahlil qilishga harakat qilgan. Demokrit, Lukretsiy, ularning shogirdlari: agar atomlar orasida bo'sh joy bo'lmasa, ularning harakati imkonsiz bo'lar edi, deb ishonishgan.
Aristotel va uning izdoshlari bu tushunchani rad etishdi, ularning fikricha, tabiatda "bo'shliq" bo'lmasligi kerak. O'rta asrlarda Evropada "bo'shliqdan qo'rqish" g'oyasi ustuvor bo'lib, u diniy maqsadlarda ishlatilgan.
Qadimgi Yunonistonning mexanikasi texnik qurilmalarni yaratishda havoning kamayishiga asoslangan edi. Masalan, piston ustida vakuum paydo bo'lganda ishlaydigan suv nasoslari Aristotel davrida paydo bo'lgan.
Gazning, havoning kam uchraydigan holati hozirgi kunda texnologiyada keng qoʻllaniladigan pistonli vakuum nasoslarini ishlab chiqarish uchun asos boʻldi.
Ularning prototipi u tomonidan yaratilgan Aleksandriya Heronining mashhur pistonli shpritsidir.yiring chiqarish.
XVII asrning o'rtalarida birinchi vakuum kamerasi ishlab chiqildi va olti yil o'tgach, nemis olimi Otto fon Gerik birinchi vakuum nasosini ixtiro qilishga muvaffaq bo'ldi.
Bu pistonli tsilindr yopiq idishdan osongina havo chiqarib, u yerda vakuum hosil qildi. Bu yangi davlatning asosiy xususiyatlarini o'rganish, uning operatsion xususiyatlarini tahlil qilish imkonini berdi.
Texnik changyutgich
Amalda gazning, havoning kam uchraydigan holati texnik vakuum deb ataladi. Katta hajmlarda bunday ideal holatni olish mumkin emas, chunki ma'lum bir haroratda materiallar nolga teng bo'lmagan to'yingan bug 'zichligiga ega.
Ideal vakuumni olishning mumkin emasligi sababi shisha, idishlarning metall devorlari orqali gazsimon moddalarning o'tishi hamdir.
Kichik miqdorda siyrak gazlarni olish juda mumkin. Noyoblanish o'lchovi sifatida tasodifiy to'qnashadigan gaz molekulalarining erkin yo'li, shuningdek ishlatiladigan idishning chiziqli o'lchami ishlatiladi.
Texnik vakuumni bosim qiymati atmosferadagidan past bo'lgan quvur yoki idishdagi gaz deb hisoblash mumkin. Past vakuum gaz atomlari yoki molekulalari bir-biri bilan to'qnashuvni to'xtatganda yuzaga keladi.
Yuqori vakuumli nasos va atmosfera havosi orasiga oldingi vakuum joylashtiriladi, bu esa dastlabki vakuum hosil qiladi. Bosim kamerasida keyingi pasayish holatlarida gazsimon zarrachalarning yo'l uzunligining oshishi kuzatiladi.moddalar.
Bosim 10 -9 Pa dan boʻlsa, oʻta yuqori vakuum hosil boʻladi. Aynan shu siyrak gazlar skanerlash tunnel mikroskopi yordamida tajribalar o'tkazish uchun ishlatiladi.
Atmosfera bosimida ham ba'zi kristallarning g'ovaklarida bunday holatni olish mumkin, chunki g'ovaklarning diametri erkin zarrachaning erkin yo'lidan ancha kichik.
Vakuumga asoslangan jihozlar
Gazning noyob holati vakuum nasoslari deb ataladigan qurilmalarda faol qo'llaniladi. Qabul qiluvchilar gazlarni so'rish va ma'lum darajada vakuum olish uchun ishlatiladi. Vakuum texnologiyasi shuningdek, ushbu holatni nazorat qilish va o'lchash, shuningdek, ob'ektlarni boshqarish, turli texnologik jarayonlarni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan ko'plab qurilmalarni o'z ichiga oladi. Noyob gazlardan foydalanadigan eng murakkab texnik qurilmalar yuqori vakuumli nasoslardir. Masalan, diffuziya qurilmalari ishchi gaz oqimi ta'sirida qoldiq gaz molekulalarining harakati asosida ishlaydi. Ideal vakuum holatida ham, oxirgi haroratga erishilganda termal nurlanish kam bo'ladi. Bu kam uchraydigan gazlarning asosiy xususiyatlarini tushuntiradi, masalan, tana va vakuum kamerasi devorlari o'rtasida ma'lum vaqt oralig'idan keyin termal muvozanatning boshlanishi.
Raflangan monotomik gaz ajoyib issiqlik izolyatoridir. Unda issiqlik energiyasini uzatish faqat radiatsiya yordamida amalga oshiriladi, issiqlik o'tkazuvchanligi va konveksiya emas.kuzatiladi. Bu xususiyat Dyuar idishlarida (termoslarda) qo'llaniladi, ular orasida vakuum bo'lgan ikkita idishdan iborat.
Vakuum radio naychalarida, masalan, kineskoplarning magnetronlarida, mikroto'lqinli pechlarda keng qo'llanilishini topdi.
Jismoniy vakuum
Kvant fizikasida bunday holat kvant maydonining asosiy (eng past) energiya holatini bildiradi, bu kvant sonlarining nol qiymatlari bilan tavsiflanadi.
Bu holatda monoatomik gaz toʻliq boʻsh emas. Kvant nazariyasiga ko'ra, virtual zarralar tizimli ravishda jismoniy vakuumda paydo bo'ladi va yo'qoladi, bu esa maydonlarning nol tebranishini keltirib chiqaradi.
Nazariy jihatdan bir vaqtning o'zida bir nechta turli vakuumlar mavjud bo'lishi mumkin, ular energiya zichligi va boshqa jismoniy xususiyatlari bilan farqlanadi. Bu g‘oya inflyatsion katta portlash nazariyasiga asos bo‘ldi.
Yolgʻon changyutgich
Bu kvant nazariyasidagi maydon holatini bildiradi, bu minimal energiyaga ega holat emas. Bu ma'lum vaqt oralig'ida barqaror. Asosiy fizik miqdorlarning kerakli qiymatlariga erishilganda noto'g'ri holatni haqiqiy vakuumga "tunnellash" imkoniyati mavjud.
Kosmos
Noyoblangan gaz nimani anglatishini muhokama qilganda, "kosmik vakuum" tushunchasiga to'xtalib o'tish kerak. Uni jismoniy vakuumga yaqin deb hisoblash mumkin, ammo yulduzlararo mavjudbo'sh joy. Sayyoralar, ularning tabiiy yo'ldoshlari, ko'plab yulduzlar atmosferani ma'lum masofada ushlab turadigan ma'lum jozibador kuchlarga ega. Yulduzli jism yuzasidan uzoqlashganingizda, siyrak gazning zichligi o'zgaradi.
Masalan, Karman chizig'i mavjud bo'lib, u sayyora chegarasining tashqi fazosining umumiy ta'rifi hisoblanadi. Uning orqasida izotrop gaz bosimining qiymati quyosh radiatsiyasi va quyosh shamolining dinamik bosimiga nisbatan keskin pasayadi, shuning uchun kam uchraydigan gaz bosimini izohlash qiyin.
Kosmos fotonlar, aniqlash qiyin boʻlgan relikt neytrinolarga toʻla.
Oʻlchov xususiyatlari
Vakuum darajasi odatda tizimda qolgan moddaning miqdori bilan belgilanadi. Bu holatni o'lchashning asosiy xarakteristikasi mutlaq bosimdir, bundan tashqari, gazning kimyoviy tarkibi va uning harorati hisobga olinadi.
Vakuum uchun muhim parametr - tizimda qolgan gazlar yo'l uzunligining o'rtacha qiymati. O'lchovlar uchun zarur bo'lgan texnologiyaga muvofiq vakuumning ma'lum diapazonlarga bo'linishi mavjud: noto'g'ri, texnik, jismoniy.
Vakuum shakllantirish
Bu past havo bosimi yoki vakuum ta'siridan foydalangan holda zamonaviy termoplastik materiallardan issiq shaklda mahsulotlar ishlab chiqarishdir.
Vakuumli shakllantirish chizish usuli hisoblanadi, buning natijasida varaq plastmassa isitiladi,matritsaning ustida joylashgan, ma'lum bir harorat qiymatiga qadar. Keyinchalik, varaq matritsa shaklini takrorlaydi, bu uning va plastmassa o'rtasida vakuum hosil bo'lishi bilan bog'liq.
Elektrovakuum qurilmalari
Ular elektromagnit energiyani yaratish, kuchaytirish va aylantirish uchun moʻljallangan qurilmalardir. Bunday qurilmada havo ish joyidan chiqariladi va atrof-muhitdan himoya qilish uchun o'tkazmaydigan qobiq ishlatiladi. Bunday qurilmalarga elektronlar vakuumga sig'adigan elektron vakuum qurilmalari misol bo'ladi. Cho‘g‘lanma lampalar ham vakuum qurilmalari hisoblanishi mumkin.
Past bosimdagi gazlar
Agar uning zichligi ahamiyatsiz bo'lsa va molekulyar yo'l uzunligi gaz joylashgan idishning o'lchamiga teng bo'lsa, u kam uchraydigan gaz deb ataladi. Bunday holatda gazning zichligiga mutanosib ravishda elektronlar sonining kamayishi kuzatiladi.
Juda kam uchraydigan gazda ichki ishqalanish deyarli bo'lmaydi. Buning o'rniga, harakatlanuvchi gazning devorlarga nisbatan tashqi ishqalanishi paydo bo'ladi, bu molekulalarning idish bilan to'qnashganda impulsning o'zgarishi bilan izohlanadi. Bunday vaziyatda zarrachalar tezligi va gaz zichligi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri proportsionallik mavjud.
Kam vakuumda gaz zarralari oʻrtasida toʻliq hajmdagi tez-tez toʻqnashuvlar kuzatiladi, ular issiqlik energiyasining barqaror almashinuvi bilan kechadi. Bu zamonaviy texnologiyada faol qo'llaniladigan uzatish hodisasini (diffuziya, issiqlik o'tkazuvchanligi) tushuntiradi.
Noyoblangan gazlarni olish
Vakuum qurilmalarini ilmiy oʻrganish va ishlab chiqish XVII asr oʻrtalarida boshlangan. 1643 yilda italiyalik Torricelli atmosfera bosimining qiymatini aniqlashga muvaffaq bo'ldi va O. Guericke tomonidan maxsus suv muhriga ega mexanik pistonli nasos ixtiro qilingandan so'ng, noyob gazning xususiyatlarini ko'plab tadqiqotlar o'tkazish uchun haqiqiy imkoniyat paydo bo'ldi. Shu bilan birga, vakuumning tirik mavjudotlarga ta'sir qilish imkoniyatlari o'rganildi. Elektr razryadli vakuumda o'tkazilgan tajribalar manfiy elektron, rentgen nurlanishining kashf etilishiga yordam berdi.
Vakuumning issiqlik izolyatsion qobiliyati tufayli issiqlik uzatish usullarini tushuntirish, nazariy ma'lumotlardan zamonaviy kriogen texnologiyani ishlab chiqishda foydalanish mumkin bo'ldi.
Vakuumdan foydalanish
1873-yilda birinchi elektrovakuum qurilmasi ixtiro qilingan. Ular rus fizigi Lodygin tomonidan yaratilgan akkor chiroqqa aylandi. O'sha vaqtdan boshlab vakuum texnologiyasidan amaliy foydalanish kengaydi, bu holatni olish va o'rganishning yangi usullari paydo bo'ldi.
Har xil turdagi vakuum nasoslari qisqa vaqt ichida yaratildi:
- rotatsion;
- kriyosorbsiya;
- molekulyar;
- diffuziya.
XX asr boshlarida akademik Lebedev vakuum sanoatining ilmiy asoslarini yaxshilashga muvaffaq bo'ldi. O'tgan asrning o'rtalariga qadar olimlar 10-6 Pa dan kam bosimni olish imkoniyatiga ruxsat bermadilar.
BHozirgi vaqtda vakuum tizimlari oqishning oldini olish uchun butunlay metalldan qurilgan. Vakuumli kriogen nasoslar nafaqat tadqiqot laboratoriyalarida, balki turli sohalarda ham qo'llaniladi.
Masalan, foydalanilayotgan ob'ektni ifloslantirmaydigan maxsus evakuatsiya vositalari ishlab chiqilgandan so'ng vakuum texnologiyasidan foydalanishning yangi istiqbollari paydo bo'ldi. Kimyoda bunday tizimlar sof moddalar xossalarini sifat va miqdoriy tahlil qilish, aralashmani tarkibiy qismlarga ajratish va turli jarayonlar tezligini tahlil qilish uchun faol foydalaniladi.
