Вакуум

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Шкляны посуд з помпай для дэманстрацыі вакууму

Вакуум (лац.: vacuum — пустата) — стан матэрыі ў адсутнасці рэчыва. Таксама яго часам завуць беспаветранай прасторай, хоць гэта і няслушна. Набліжэнні да такога вакууму з газавым ціскам нашмат меншым за атмасферны ціск таксама называецца вакуумам, гэта значыць такі стан разрэджанага газу характырызуецца большым памерам даўжыны вольнага прабегу малекулы за памеры пасудзіны, у якой знаходзіцца газ. Фізікі часцяком абмяркоўваюць ідэальны вынік тэсту, які будзе адбывацца ў ідэальным вакууме, які яны часам проста называюць «вакуумам» ці вольнай прасторай, а таксама выкарыстоўваць тэрмін частковага вакууму для абазначэння фактычнага недасканалага вакууму, які можна было б мець у лабараторых умовах.

Якасць частковага вакууму залежыць ад таго, як блізка ён набліжаецца да ідэальнага вакууму. Пры іншых роўных умовах, зніжэнне ціску газу азначае большую высокую якасць вакууму. Напрыклад, тыповы пыласос вырабляе дастаткова ўсмоктвання, каб паменшыць ціск паветра прыкладна на 20%[1]. Звышвысокія вакуумныя камеры выкарыстоўваюцца ў даследваннях па хіміі, фізіцы і тэхніцы, маючы паказчык ніжэй за 10−12 атмасфернага ціску[2]. Касмічная прастора з'яўляецца вакуумам з яшчэ лепшай якасцю, з сярэднім паказчыкам ва ўсяго некалькі атамаў вадароду на кубічны метр[3]. У сучаснай фізіцы часціц, вакуумны стан разглядаецца як асноўны стан матэрыі.

Частковы вакуум з вынаходствам лямпаў напальвання і вакуумных лямпаў напачатку XX стагоддзя стаў шырока выкарыстоўвацца ў прамысловасці. У вакууме праводзіцца значная колькасць фізічных эксперыментаў, бо адсутнасць паветра або атмасферы іншага складу дазваляе паменьшыць непажаданы ўплыў на аб'ект даследвання. Цікавасць да вывучэння вакууму павялічылася пасля выхаду чалавека ў космас. Варта адрозніваць паняцці фізічнага вакууму і тэхнічнага вакууму.

Тэхнічны вакуум[правіць | правіць зыходнік]

Ужываецца звычайна да газу, які запаўняе абмежаваны аб'ём. У макраскапічных аб'ёмах ідэальны вакуум недасяжны на практыцы, паколькі пры канчатковай тэмпературы ўсе матэрыялы валодаюць ненулявой шчыльнасцю насычаных пароў. Акрамя таго, шматлікія матэрыялы (у тым ліку тоўстыя металічныя, шкляныя і іншыя сценкі пасудзін) прапускаюць газы. У мікраскапічных аб'ёмах, аднак, дасягненне ідэальнага вакууму ў прынцыпе магчыма.

На практыцы моцна разрэджаны газ завуць тэхнічным вакуумам. Строга кажучы, тэхнічным вакуумам завуць газ у пасудзіне або трубаправодзе з ціскам ніжэй, чым у навакольнай атмасферы. Паводле іншага азначэння, калі малекулы, або атамы газу перастаюць сутыкацца адзін з адным, і газадынамічныя ўласцівасці змяняюцца вязкастнымі (пры ціску каля 1 Тор) кажуць аб дасягненні нізкага вакууму. Звычайна нізкавакуумная помпа стаіць паміж атмасферным паветрам і высокавакуумнай помпай, ствараючы папярэдняе разрэджанне, таму нізкі вакуум часта завуць фарвакуум. Пры наступным паніжэнні ціску ў камеры, павялічваецца сярэдняя даўжыня вольнага прабегу λ малекул газу. Пры λ >> d, дзе d - памеры камеры, малекулы газу ўжо не сутыкаюцца адзін з адной, а вольна перамяшчаюцца ад сценкі да сценкі, у гэтым выпадку кажуць аб высокім вакууме(10-5 Тор). Звышвысокі вакуум адпавядае ціску 10-9 Тор і ніжэй. Для параўнання, ціск у космасе на некалькі парадкаў ніжэй, у далёкім жа космасе і зусім можа дасягаць 10-30 Тор і ніжэй.

Высокі вакуум у мікраскапічных парах некаторых крышталёў дасягаецца пры атмасферным ціску, што звязана менавіта з даўжынёй вольнага прабегу газу.

Апараты, якія выкарыстоўваюцца для дасягнення і падтрымання вакууму, завуцца вакуумнымі помпамі. Для паглынання газаў і стварэння неабходнай ступені вакууму выкарыстоўваюцца гетэры. Шырэйшы тэрмін вакуумная тэхніка ўключае таксама прыборы для вымярэння і кантролю вакууму, маніпулявання прадметамі і правядзення тэхналагічных аперацый у вакуумнай камеры, і т. д.

Варта адзначыць, што нават у ідэальным вакууме пры канчатковай тэмпературы заўсёды існуе некаторае цеплавое выпраменьванне (газ фатонаў). Такім чынам, цела, змешчанае ў ідэальны вакуум, рана або позна прыйдзе ў цеплавую раўнавагу са сценкамі вакуумнай камеры за кошт абмену цеплавымі фатонамі.

Фізічны вакуум[правіць | правіць зыходнік]

Пад фізічным вакуумам у сучаснай фізіцы разумеюць цалкам пазбаўленай матэрыі прастора. Нават калі бы атрымалася атрымаць гэты стан на практыцы, ён не быў бы абсалютнай пустатой. Квантавая тэорыя поля сцвярджае, што, у згодзе з прынцыпам нявызначанасці, у фізічным вакууме няспынна нараджаюцца і знікаюць віртуальныя часціцы: адбываюцца так званыя нулявыя ваганні палёў. У некаторых пэўных тэорыях поля вакуум можа валодаць нетрывіяльнымі тапалагічнымі ўласцівасцямі, але не толькі, а таксама ў тэорыі могуць існаваць некалькі розных вакуумаў, якія адрозніваюцца шчыльнасцю энергіі, і т. д.

Некаторыя з гэтых прадказанняў тэорыі поля ўжо былі паспяхова пацверджаныя эксперыментам. Так, эфект Казіміра[4] і лэмбаўскі зрух атамных узроўняў тлумачыцца нулявымі ваганнямі электрамагнітнага поля ў фізічным вакууме. На некаторых іншых паданнях аб вакууме грунтуюцца сучасныя фізічныя тэорыі. Напрыклад, існаванне некалькіх вакуумных станаў (так званых несапраўдных вакуумаў) з'яўляецца адным з галоўных асноў інфляцыйнай тэорыі Вялікага выбуху.

Але, мабыць, самым навочным са з'яў, якія нельга растлумачыць, не выкарыстаючы ідэю аб нулявых ваганнях вакууму, гэтае спантаннае выпраменьванне. Самыя звычайныя выпраменьвальныя лямпы напальвання не свяціліся б, калі б вакуум быў абсалютнай пустатой. Справа ў тым, што любы аб'ект (а, значыць, і ўзбуджаны атам), змешчаны ў абсалютна пустой прасторы, уяўляе сабой замкнутую сістэму. А паколькі такая сістэма стабільная ў часе, то ніякага выпраменьвання не адбывалася бы. Ужо з гэтай простай развагі зразумела, што тлумачэнне спантаннага выпраменьвання патрабуе прыцягнення больш складанай мадэлі вакууму, чым класічная абсалютная пустата.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Campbell, Jeff (2005). «Speed cleaning». p. 97. ISBN 1-59486-274-5.
  2. Gabrielse, G., et. al. (1990). «Thousandfold Improvement in Measured Antiproton Mass». Phys. Rev. Lett. 65 (11): 1317–1320.
  3. Tadokoro, M. (1968). «A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem». Publications of the Astronomical Society of Japan 20: 230.
  4. Физическая энциклопедия, т.5. Стробоскопические приборы — Яркость/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол.:А. М. Балдин,А. М. Бонч-Бруевич и др. — М.:Большая Российская Энциклопедия, 1994, 1998.-760 с.:ил. ISBN 5-85270-101-7, стр.644

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]