Mitä me tiedämme tyhjiöstä?

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Tarkimmassa mielessä tyhjiö on avaruuden alue, josta aine puuttuu kokonaan. Tämä termi edustaa absoluuttista tyhjyyttä, ja sen pääongelma on, että se kuvaa ihanteellista tilaa, jota ei voi olla todellisessa maailmassa.

Kukaan ei ole vielä löytänyt tapaa luoda tämän tyyppistä ihanteellista tyhjiötä maanpäällisiin olosuhteisiin, ja tästä syystä termiä käytetään myös kuvaamaan tyhjiä avaruuden alueita. Mutta alueilla, jotka ovat hieman lähempänä jokapäiväistä elämäämme, on edelleen tyhjiö. Kerromme sinulle, mitä se on yksinkertaisin sanoin.

Useimmissa tapauksissa tyhjiö on säiliö, josta kaikki kaasut, mukaan lukien ilma, poistetaan mahdollisimman paljon. Ulkoavaruus on todellakin lähinnä ihanteellista tyhjiötä: tähtitieteilijät uskovat, että tähtien välinen avaruus koostuu joissakin tapauksissa enintään yhdestä atomista tai molekyylistä kuutiokilometriä kohden.

Mikään maan päällä tuotettu tyhjiö ei lähellekään tätä tilaa.

Puhuaksesi "maan tyhjiöstä", sinun on muistettava paine. Paine syntyy kaasussa tai nesteessä olevien molekyylien vaikutuksesta ympäristöönsä, yleensä astian seiniin, olipa kyseessä soodapullo tai kallo. Paineen suuruus riippuu molekyylien "aiheuttamien" iskujen voimakkuudesta tietylle alueelle, ja se mitataan "newtoneina neliömetriä kohti" - tällä mittayksiköllä on erityinen nimi "pascal".

Paineen (p), voiman (F) ja pinta-alan (A) välinen suhde määritetään seuraavalla yhtälöllä: p = F / A - se pätee riippumatta siitä, onko paine alhainen, kuten esimerkiksi avaruudessa, vai erittäin korkea, kuten hydraulijärjestelmissä.

Yleisesti ottaen, vaikka tyhjiön määritelmä on epätarkka, se viittaa yleensä paineeseen, joka on alle ja usein selvästi ilmakehän paineen alapuolella. Tyhjiö syntyy, kun ilmaa poistetaan suljetusta tilasta, mikä johtaa paineen laskuun tilan ja ympäröivän ilmakehän välillä.

Jos tilaa rajoittaa liikkuva pinta, ilmanpaine puristaa sen seinämät yhteen - pitovoiman määrä riippuu pinta-alasta ja tyhjiön tasosta. Kun ilmaa poistuu enemmän, painehäviö kasvaa ja myös tyhjiön potentiaalinen voima kasvaa.

Koska on lähes mahdotonta poistaa kaikkia ilmamolekyylejä säiliöstä, on mahdotonta saavuttaa täydellistä tyhjiötä.

Teollisessa ja kotimaisessa mittakaavassa (esimerkiksi jos päätät laittaa talviuntuvatakin tyhjiöpusseihin) vaikutus saavutetaan käyttämällä erikokoisia tyhjiöpumppuja tai generaattoreita, jotka poistavat ilmaa. Mäntä sylinterissä pumppu on kiinnitetty suljettuun säiliöön, ja jokaisella pumpun iskulla osa kaasusta poistetaan sylinteristä. Mitä pidempään pumppu käy, sitä parempi tyhjiö syntyy säiliöön.

Jokainen, joka on koskaan evakuoinut ilmaa vaatteiden säilytyspussista, puristanut muovisäiliön kantta vapauttaakseen ilmaa säiliöstä tai laittanut tölkkejä (ja myös käynyt tyhjiöhieronnassa), on kohdannut elämässään tyhjiön. Mutta tietysti yleisin esimerkki sen käytöstä on tavallinen kotitalouspölynimuri. Pölynimurin tuuletin poistaa jatkuvasti ilmaa kapselista muodostaen osittaisen alipaineen, ja pölynimurin ulkopuolella oleva ilmanpaine työntää ilmaa kanisteriin ja vie mukanaan pölyä ja likaa, jota pölynimurin etuosassa oleva harja sekoittaa. siivooja.

Toinen esimerkki on termospullo. Termospullo koostuu kahdesta sisäkkäisestä pullosta, joiden välinen tila on tyhjiö. Ilman puuttuessa lämpö ei kulje kahden pullon välillä yhtä helposti kuin normaalisti. Tämän seurauksena säiliön sisällä olevat kuumat nesteet säilyttävät lämpöä, kun taas kylmät nesteet pysyvät kylminä, koska lämpö ei pääse tunkeutumaan niihin.

Joten tyhjiötason määrää sisätilan ja ympäröivän ilmakehän välinen paine-ero. Kaksi tärkeintä maamerkkiä kaikissa näissä mittauksissa ovat normaali ilmanpaine ja ihanteellinen tyhjiö. Tyhjiön mittaamiseen voidaan käyttää useita yksiköitä, mutta yleinen metriyksikkö on millibar tai mbar. Ilmanpainetta puolestaan mitataan barometrilla, joka yksinkertaisimmassa muodossaan koostuu tyhjennetystä pystyputkesta, jossa on suljettu ylä- ja alapää, joka sijaitsee ilmakehään avoimessa säiliössä, jossa on elohopea.

Ilmakehän paine vaikuttaa nesteen paljaalle pinnalle, jolloin elohopea nousee putkeen. "Normaali" ilmakehän paine on paine, joka vastaa 760 mm korkean elohopeapylvään painoa lämpötilassa 0,0 °C, leveysasteella 45 ° ja merenpinnan tasolla.

Tyhjiön tasoa voidaan mitata useilla painemittareilla:

• Bourdon putken painemittarion kompaktein ja laajimmin käytetty laite - mittaus perustuu taivutetun elastisen putken muodonmuutokseen, kun painemittarin porttiin kohdistetaan tyhjiö.
• Elektroninen analogi on alipainemittari … Tyhjiö tai paine poikkeuttaa anturissa olevan elastisen metallikalvon, ja tämä taipuma muuttaa yhteenkytketyn piirin sähköisiä ominaisuuksia - tuloksena on elektroninen signaali, joka edustaa alipainetasoa.

• U-putki painemittari näyttää kahden paineen eron. Yksinkertaisimmassa muodossaan tämä mittari on läpinäkyvä U-putki, joka on puoliksi täytetty elohopealla. Kun putken molemmat päät ovat ilmakehän paineessa, elohopean taso kummassakin kyynärpäässä on sama. Tyhjiön käyttäminen toiselle puolelle saa siinä olevan elohopean nousemaan ja laskemaan toisella puolella - kahden tason välinen korkeusero osoittaa tyhjiön tason.

Useimpien painemittareiden asteikoilla ilmanpaineen arvo on nolla, joten alipainemittausten tulee aina olla pienempiä kuin nolla.