Вакуум бол ямар ч бодис байхгүй орон зай юм. Хэрэглээний физик, технологийн хувьд энэ нь атмосферийн даралтаас бага даралттай хий агуулагдах орчинг хэлнэ. Ховор хий гэж юу байсан бэ?
Түүхийн хуудас
Хоосон байдлын тухай санаа олон зууны турш маргаантай байсаар ирсэн. Ховордсон хий нь эртний Грек, Ромын гүн ухаантнуудыг шинжлэхийг оролдсон. Демокрит, Лукреций, тэдний шавь нар: Хэрэв атомуудын хооронд чөлөөт орон зай байхгүй бол тэдний хөдөлгөөн боломжгүй болно гэж итгэж байсан.
Аристотель болон түүний дагалдагчид энэ үзэл баримтлалыг няцаасан бөгөөд тэдний бодлоор байгальд "хоосон" байх ёсгүй. Дундад зууны үед Европт "хоосон зайнаас айх" үзэл санаа нэн тэргүүнд тавигдаж, үүнийг шашны зорилгоор ашигладаг байсан.
Эртний Грекийн механикууд техникийн төхөөрөмжүүдийг бүтээхдээ агаарын ховордоц дээр суурилдаг байв. Жишээлбэл, поршений дээгүүр вакуум үүсэх үед ажилладаг усны насосууд Аристотелийн үед гарч ирсэн.
Хийн ховордсон төлөв агаар нь поршений вакуум насосыг үйлдвэрлэх үндэс болсон бөгөөд үүнийг технологид өргөнөөр ашиглаж байна.
Тэдний загвар нь түүний бүтээсэн Александрийн Хероны алдартай поршений тариур байв.идээ гаргах.
XVII зууны дундуур анхны вакуум камерыг бүтээж, зургаан жилийн дараа Германы эрдэмтэн Отто фон Герик анхны вакуум насосыг зохион бүтээж чадсан.
Энэ поршений цилиндр нь битүүмжилсэн савнаас агаарыг амархан шахаж, тэнд вакуум үүсгэсэн. Энэ нь шинэ төлөвийн үндсэн шинж чанарыг судлах, үйл ажиллагааны шинж чанарт нь дүн шинжилгээ хийх боломжийг олгосон.
Техникийн вакуум
Практикт ховордсон хий, агаарыг техникийн вакуум гэж нэрлэдэг. Их хэмжээний хувьд ийм тохиромжтой төлөвийг олж авах боломжгүй, учир нь тодорхой температурт материалууд тэгээс өөр ханасан уурын нягттай байдаг.
Хамгийн тохиромжтой вакуум авах боломжгүй байгаа шалтгаан нь савны шил, металл ханаар хийн бодис дамждагтай холбоотой.
Бага хэмжээгээр ховордсон хий авах бүрэн боломжтой. Ховоржилтын хэмжүүр болгон санамсаргүй мөргөлддөг хийн молекулуудын чөлөөт зам, түүнчлэн ашигласан савны шугаман хэмжээг ашиглана.
Техникийн вакуумыг агаар мандлаас бага даралтын утга бүхий дамжуулах хоолой, савны хий гэж үзэж болно. Хийн атомууд эсвэл молекулууд хоорондоо мөргөлдөхөө болих үед бага вакуум үүсдэг.
Өндөр вакуум насос болон атмосферийн агаарын хооронд урд вакуум байрлуулсан бөгөөд энэ нь урьдчилсан вакуум үүсгэдэг. Дараа нь даралтын камер буурах тохиолдолд хийн хэсгүүдийн замын урт нэмэгдэж байна.бодис.
Даралт 10 -9 Па байх үед хэт өндөр вакуум үүсдэг. Чухам эдгээр ховордсон хийнүүд нь хонгилын микроскоп ашиглан туршилт хийхэд ашиглагддаг.
Нүх сүвний диаметр нь чөлөөт бөөмийн чөлөөт замаас хамаагүй бага тул атмосферийн даралтад ч гэсэн зарим талстуудын нүхэнд ийм төлөвийг олж авах боломжтой.
Вакуумд суурилсан цахилгаан хэрэгсэл
Хийн ховордсон төлөвийг вакуум насос гэж нэрлэгддэг төхөөрөмжид идэвхтэй ашигладаг. Хий сорох, тодорхой хэмжээний вакуум авахын тулд хүлээн авагчийг ашигладаг. Вакуум технологид энэ төлөвийг хянах, хэмжих, түүнчлэн объектыг хянах, янз бүрийн технологийн процессыг явуулахад шаардлагатай олон тооны төхөөрөмжүүд багтдаг. Ховордсон хий ашигладаг хамгийн нарийн төвөгтэй техникийн төхөөрөмж бол өндөр вакуум насос юм. Жишээлбэл, диффузын төхөөрөмж нь ажлын хийн урсгалын нөлөөн дор үлдэгдэл хийн молекулуудын хөдөлгөөнд үндэслэн ажилладаг. Хамгийн тохиромжтой вакуумтай байсан ч эцсийн температурт хүрэхэд дулааны цацраг бага байдаг. Энэ нь ховордсон хийн үндсэн шинж чанарыг тайлбарлаж байна, тухайлбал, бие болон вакуум камерын хананы хооронд тодорхой хугацааны интервалын дараа дулааны тэнцвэрт байдал үүсч эхэлдэг.
Ховоржуулсан нэг атомт хий нь маш сайн дулаан тусгаарлагч юм. Үүнд дулааны энергийг дамжуулах нь зөвхөн цацрагийн тусламжтайгаар хийгддэг, дулаан дамжуулалт ба конвекц биш юм.ажиглагдаж байна. Энэ шинж чанарыг хоёр савнаас бүрдэх, хооронд нь вакуум байдаг Дьюар савнуудад (термос) ашигладаг.
Вакуум нь радио гуурс, жишээлбэл кинескопын магнетрон, богино долгионы зууханд өргөн хэрэглэгддэг.
Физик вакуум
Квантын физикийн хувьд ийм төлөв нь квант талбайн үндсэн (хамгийн бага) энергийн төлөвийг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь квант тоонуудын тэг утгуудаар тодорхойлогддог.
Энэ төлөвт нэг атомын хий бүрэн хоосон байдаггүй. Квантын онолын дагуу виртуал бөөмс нь физик вакуумд системтэйгээр гарч, алга болдог бөгөөд энэ нь талбайн хэлбэлзэлийг тэг болгодог.
Онолын хувьд эрчим хүчний нягтрал болон бусад физик шинж чанараараа ялгаатай хэд хэдэн өөр вакуумууд нэгэн зэрэг байж болно. Энэ санаа нь инфляцийн их тэсрэлтийн онолын үндэс болсон.
Хуурамч вакуум
Энэ нь квант онолын талбайн төлөвийг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь хамгийн бага энергитэй төлөв биш юм. Энэ нь тодорхой хугацаанд тогтвортой байдаг. Үндсэн физик хэмжигдэхүүнүүдийн шаардлагатай утгад хүрэх үед хуурамч төлөвийг жинхэнэ вакуум руу "хонгил хийх" боломж бий.
Гадаа орон зай
Ховоржуулсан хий гэж юу гэсэн үг болохыг ярихдаа "сансар огторгуйн вакуум" гэсэн ойлголт дээр анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй. Энэ нь физик вакуумтай ойрхон боловч од хоорондын зайд байдаг гэж үзэж болноорон зай. Гаригууд, тэдгээрийн байгалийн хиймэл дагуулууд, олон одод агаар мандлыг тодорхой зайд байлгадаг тодорхой татах хүчтэй байдаг. Оддын биетийн гадаргуугаас холдох тусам ховордсон хийн нягт өөрчлөгддөг.
Жишээ нь Карманы шугам байдаг бөгөөд энэ нь гаригийн хилийн гадна орон зайтай нийтлэг тодорхойлолт гэж тооцогддог. Цаана нь изотроп хийн даралтын утга нарны цацраг, нарны салхины динамик даралттай харьцуулахад эрс багасдаг тул ховордсон хийн даралтыг тайлбарлахад хэцүү байдаг.
Сансар огторгуй фотоноор дүүрэн, илрүүлэхэд хэцүү реликт нейтрино.
Хэмжих онцлогууд
Вакуумын зэрэг нь ихэвчлэн системд үлдсэн бодисын хэмжээгээр тодорхойлогддог. Энэ төлөвийг хэмжих гол шинж чанар нь үнэмлэхүй даралт бөгөөд үүнээс гадна хийн химийн найрлага, түүний температурыг харгалзан үздэг.
Вакуумын чухал үзүүлэлт бол системд үлдсэн хийн замын уртын дундаж утга юм. Хэмжилт хийхэд шаардлагатай технологийн дагуу вакуумыг тодорхой мужид хуваадаг: худал, техникийн, физик.
Вакуум үүсгэх
Энэ нь орчин үеийн термопластик материалаар агаарын даралт багатай эсвэл вакуум үйлдлийг ашиглан халуун хэлбэрээр хийсэн бүтээгдэхүүн юм.
Вакуум хэлбэржүүлэлт нь зургийн арга гэж тооцогддог бөгөөд үүний үр дүнд хуванцар хавтанг халааж,матрицын дээр байрлах, тодорхой температурын утга хүртэл. Дараа нь хуудас нь матрицын хэлбэрийг давтах бөгөөд энэ нь хуванцар болон түүний хооронд вакуум үүссэнтэй холбоотой юм.
Цахилгаан вакуум төхөөрөмж
Эдгээр нь цахилгаан соронзон энергийг үүсгэх, өсгөх, хөрвүүлэх зориулалттай төхөөрөмжүүд юм. Ийм төхөөрөмжид ажлын байрнаас агаарыг зайлуулж, хүрээлэн буй орчноос хамгаалахын тулд ус үл нэвтрэх бүрхүүлийг ашигладаг. Ийм төхөөрөмжүүдийн жишээ бол электронууд вакуумд багтах электрон вакуум төхөөрөмж юм. Улайсдаг чийдэнг мөн вакуум төхөөрөмж гэж үзэж болно.
Бага даралттай хий
Нягт нь үл тоомсорлож, молекулын замын урт нь тухайн хий байгаа савны хэмжээтэй харьцуулж байвал түүнийг ховордсон гэж нэрлэдэг. Ийм төлөвт хийн нягттай пропорциональ электроны тоо буурч байгаа нь ажиглагдаж байна.
Маш ховордсон хийн хувьд дотоод үрэлт бараг байхгүй. Үүний оронд хөдөлж буй хийн хананы эсрэг гадны үрэлт гарч ирдэг бөгөөд энэ нь хөлөг онгоцтой мөргөлдөх үед молекулуудын импульсийн өөрчлөлттэй холбон тайлбарладаг. Ийм нөхцөлд бөөмсийн хурд болон хийн нягтын хооронд шууд пропорциональ байна.
Вакуум багатай тохиолдолд дулааны энергийн тогтвортой солилцоо дагалддаг хийн хэсгүүд бүрэн хэмжээгээр байнга мөргөлддөг. Энэ нь орчин үеийн технологид идэвхтэй ашиглагдаж буй дамжуулалтын үзэгдлийг (тархалт, дулаан дамжилтын илтгэлцүүр) тайлбарлаж байна.
Ховоржуулсан хий авах
Вакуум төхөөрөмжийг шинжлэх ухаанчаар судалж, хөгжүүлж эхэлсэн нь XVII зууны дунд үеэс эхэлсэн. 1643 онд Италийн Торричелли атмосферийн даралтын утгыг тодорхойлж чадсан бөгөөд О. Гуерике тусгай усны битүүмжлэл бүхий механик поршений насосыг зохион бүтээсний дараа ховордсон хийн шинж чанарын талаар олон тооны судалгаа хийх бодит боломж гарч ирэв. Үүний зэрэгцээ вакуум нь амьд биетэд үзүүлэх нөлөөллийн боломжийг судалсан. Цахилгаан гүйдэл бүхий вакуум орчинд хийсэн туршилтууд нь сөрөг электрон буюу рентген цацрагийг илрүүлэхэд хувь нэмэр оруулсан.
Вакуумын дулаан тусгаарлах чадварын ачаар дулаан дамжуулах аргуудыг тайлбарлах, онолын мэдээллийг орчин үеийн криоген технологийг хөгжүүлэхэд ашиглах боломжтой болсон.
Вакуум ашиглах
1873 онд анхны цахилгаан вакуум төхөөрөмжийг зохион бүтээжээ. Тэд Оросын физикч Лодыгины бүтээсэн улайсдаг чийдэн болжээ. Тэр цагаас хойш вакуум технологийн практик хэрэглээ өргөжиж, энэ төлөвийг олж авах, судлах шинэ аргууд гарч ирэв.
Богино хугацаанд төрөл бүрийн вакуум насос бүтээгдсэн:
- эргэлтийн;
- криосорбци;
- молекул;
- тархалт.
ХХ зууны эхээр академич Лебедев вакуум үйлдвэрлэлийн шинжлэх ухааны үндэслэлийг сайжруулж чадсан. Өнгөрсөн зууны дунд үе хүртэл эрдэмтэд 10-6 Па-аас бага даралт авах боломжийг зөвшөөрөөгүй.
БОдоогоор вакуум системийг гоожихоос зайлсхийхийн тулд бүхэл бүтэн металлаар хийсэн. Вакуум криоген насосыг зөвхөн судалгааны лабораторид төдийгүй төрөл бүрийн үйлдвэрүүдэд ашигладаг.
Жишээ нь, ашигласан объектыг бохирдуулахгүй тусгай нүүлгэн шилжүүлэх арга хэрэгслийг боловсруулсны дараа вакуум технологийг ашиглах шинэ хэтийн төлөв гарч ирэв. Химийн шинжлэх ухаанд ийм системийг цэвэр бодисын шинж чанарын тоон болон чанарын шинжилгээ, хольцыг бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваах, янз бүрийн процессын хурдыг шинжлэхэд идэвхтэй ашигладаг.
