El buit és un espai on no hi ha matèria. En física i tecnologia aplicades, significa un medi en què un gas està contingut a una pressió inferior a la pressió atmosfèrica. Quins eren els gasos rarificats quan es van descobrir per primera vegada?
Pàgines d'història
La idea del buit ha estat un punt de discussió durant segles. Els gasos rarificats van intentar analitzar els antics filòsofs grecs i romans. Demòcrit, Lucreci, els seus estudiants creien: si no hi hagués espai lliure entre els àtoms, el seu moviment seria impossible.
Aristòtil i els seus seguidors van refutar aquest concepte, segons la seva opinió, no hi hauria d'haver "buit" a la naturalesa. A l'Edat Mitjana a Europa, la idea de "por al buit" es va convertir en una prioritat, es va utilitzar amb finalitats religioses.
La mecànica de l'antiga Grècia, a l'hora de crear dispositius tècnics, es basava en la rarefacció de l'aire. Per exemple, en l'època d'Aristòtil van aparèixer les bombes d'aigua que funcionaven quan es creava un buit per sobre del pistó.
L'estat rarificat del gas, l'aire, s'ha convertit en la base per a la fabricació de bombes de buit de pistons, que actualment s'utilitzen àmpliament en tecnologia.
El seu prototip era la famosa xeringa de pistó d'Heron d'Alexandria, creada per ellextreure pus.
A mitjans del segle XVII es va desenvolupar la primera cambra de buit i sis anys més tard, el científic alemany Otto von Guerick va aconseguir inventar la primera bomba de buit.
Aquest cilindre de pistó bombejava fàcilment l'aire d'un recipient tancat, creant-hi un buit. Això va permetre estudiar les principals característiques del nou estat, analitzar-ne les propietats operatives.
Aspirador tecnològic
A la pràctica, l'estat rarificat del gas, l'aire s'anomena buit tècnic. En grans volums, és impossible obtenir un estat tan ideal, ja que a una determinada temperatura els materials tenen una densitat de vapor saturat diferent de zero.
El motiu de la impossibilitat d'obtenir un buit ideal és també la transmissió de substàncies gasoses a través de vidre, parets metàl·liques dels recipients.
En petites quantitats és molt possible obtenir gasos rarificats. Com a mesura de la rarefacció, s'utilitza el camí lliure de les molècules de gas que xoquen aleatòriament, així com la mida lineal del recipient utilitzat.
El buit tècnic es pot considerar un gas en una canonada o recipient amb un valor de pressió inferior al de l'atmosfera. Es produeix un buit baix quan els àtoms o les molècules d'un gas deixen de xocar entre si.
Es col·loca un buit frontal entre la bomba d' alt buit i l'aire atmosfèric, que crea un buit preliminar. En el cas d'una disminució posterior de la cambra de pressió, s'observa un augment de la longitud del camí de les partícules gasoses.substàncies.
Quan la pressió és de 10 -9 Pa, es crea un buit ultra alt. Són aquests gasos rarificats els que s'utilitzen per dur a terme experiments amb un microscopi de túnel d'escaneig.
És possible obtenir aquest estat als porus d'alguns cristalls fins i tot a pressió atmosfèrica, ja que el diàmetre dels porus és molt més petit que el camí lliure d'una partícula lliure.
Electrodomèstics al buit
L'estat rarificat del gas s'utilitza activament en dispositius anomenats bombes de buit. Els getters s'utilitzen per aspirar gasos i obtenir un cert grau de buit. La tecnologia del buit també inclou nombrosos aparells necessaris per controlar i mesurar aquest estat, així com per controlar objectes, per dur a terme diversos processos tecnològics. Els dispositius tècnics més complexos que utilitzen gasos rarificats són les bombes d' alt buit. Per exemple, els dispositius de difusió funcionen sobre la base del moviment de molècules de gas residual sota l'acció d'un flux de gas de treball. Fins i tot en el cas d'un buit ideal, hi ha poca radiació tèrmica quan s'arriba a la temperatura final. Això explica les principals propietats dels gasos rarificats, per exemple, l'aparició de l'equilibri tèrmic després d'un cert interval de temps entre el cos i les parets de la cambra de buit.
El gas monoatòmic rarefat és un excel·lent aïllant tèrmic. En ell, la transferència d'energia tèrmica es porta a terme només amb l'ajuda de la radiació, la conductivitat tèrmica i la convecció no sóns'observen. Aquesta propietat s'utilitza en recipients Dewar (termos), formats per dos recipients, entre els quals hi ha un buit.
El buit ha trobat una àmplia aplicació en tubs de ràdio, per exemple, magnetrons de cinescopis, forns de microones.
Buit físic
En física quàntica, aquest estat significa l'estat d'energia fonamental (més baix) del camp quàntic, que es caracteritza per valors zero dels nombres quàntics.
En aquest estat, un gas monoatòmic no està completament buit. Segons la teoria quàntica, les partícules virtuals apareixen i desapareixen sistemàticament en el buit físic, la qual cosa provoca oscil·lacions zero dels camps.
Teòricament, poden existir simultàniament diversos buits diferents, que difereixen en densitat d'energia, així com en altres característiques físiques. Aquesta idea es va convertir en la base de la teoria inflacionista del big bang.
Buit fals
Vol dir l'estat del camp en teoria quàntica, que no és un estat amb una energia mínima. És estable durant un període de temps determinat. Hi ha la possibilitat de "tunelitzar" un estat fals en un buit veritable quan s'assoleixen els valors requerits de les magnituds físiques principals.
Espai exterior
Quan es parla del que significa un gas enrarit, cal detenir-se en el concepte de "buit còsmic". Es pot considerar proper al buit físic, però existent a la interestel·larespai. Els planetes, els seus satèl·lits naturals, moltes estrelles tenen certes forces atractives que mantenen l'atmosfera a una certa distància. A mesura que t'allunyes de la superfície d'un objecte estel·lar, la densitat del gas rarificat canvia.
Per exemple, hi ha la línia de Karman, que es considera una definició comuna amb l'espai exterior del límit del planeta. Darrere d'ell, el valor de la pressió del gas isòtrop disminueix bruscament en comparació amb la radiació solar i la pressió dinàmica del vent solar, per la qual cosa és difícil interpretar la pressió d'un gas enrarit.
L'espai exterior està ple de fotons, neutrins relíquies que són difícils de detectar.
Funcions de mesura
El grau de buit sol estar determinat per la quantitat de substància que queda al sistema. La característica principal de la mesura d'aquest estat és la pressió absoluta, a més, es té en compte la composició química del gas i la seva temperatura.
Un paràmetre important per al buit és el valor mitjà de la longitud del camí dels gasos que queden al sistema. Hi ha una divisió del buit en determinats rangs d'acord amb la tecnologia necessària per a les mesures: fals, tècnic, físic.
Format al buit
Aquesta és la fabricació de productes a partir de materials termoplàstics moderns en forma calenta utilitzant baixa pressió d'aire o acció de buit.
La conformació al buit es considera un mètode de dibuix, com a resultat del qual s'escalfa la làmina de plàstic,situat per sobre de la matriu, fins a un determinat valor de temperatura. A continuació, la làmina repeteix la forma de la matriu, això es deu a la creació d'un buit entre aquesta i el plàstic.
Dispositius d'electrobuit
Són dispositius dissenyats per crear, amplificar i convertir energia electromagnètica. En aquest dispositiu, l'aire s'elimina de l'espai de treball i s'utilitza una carcassa impermeable per protegir-se del medi ambient. Exemples d'aquests dispositius són els dispositius electrònics de buit, on els electrons encaixen en el buit. Les làmpades incandescents també es poden considerar dispositius de buit.
Gasos a baixes pressions
Un gas s'anomena rarificat si la seva densitat és insignificant i la longitud del camí molecular és comparable a la mida del recipient on es troba el gas. En aquest estat, s'observa una disminució del nombre d'electrons en proporció a la densitat del gas.
En el cas d'un gas molt rarificat, pràcticament no hi ha fricció interna. En canvi, apareix la fricció externa del gas en moviment contra les parets, que s'explica pel canvi de l'impuls de les molècules quan xoquen amb el vaixell. En aquesta situació, hi ha una proporcionalitat directa entre la velocitat de les partícules i la densitat del gas.
En el cas de baix buit, s'observen col·lisions freqüents entre partícules de gas a tot volum, que van acompanyades d'un intercanvi estable d'energia tèrmica. Això explica el fenomen de transferència (difusió, conductivitat tèrmica), que s'utilitza activament en la tecnologia moderna.
Obtenció de gasos rarificats
L'estudi científic i el desenvolupament dels aparells de buit va començar a mitjans del segle XVII. L'any 1643, l'italià Torricelli va aconseguir determinar el valor de la pressió atmosfèrica, i després de la invenció d'una bomba de pistó mecànica amb un segell d'aigua especial per part d'O. Guericke, va aparèixer una oportunitat real per dur a terme nombrosos estudis sobre les característiques d'un gas enrarit. Al mateix temps, es van estudiar les possibilitats de l'impacte del buit en els éssers vius. Els experiments realitzats al buit amb una descàrrega elèctrica van contribuir al descobriment d'un electró negatiu, la radiació de raigs X.
Gràcies a la capacitat d'aïllament tèrmic del buit, va ser possible explicar els mètodes de transferència de calor, utilitzar informació teòrica per al desenvolupament de la tecnologia criogènica moderna.
Utilitzar una aspiradora
L'any 1873 es va inventar el primer dispositiu d'electrobuit. Es van convertir en una làmpada incandescent, creada pel físic rus Lodygin. Des d'aleshores, l'ús pràctic de la tecnologia del buit s'ha ampliat, han aparegut nous mètodes per obtenir i estudiar aquest estat.
S'han creat diversos tipus de bombes de buit en un curt període de temps:
- rotacional;
- criosorció;
- molecular;
- difusió.
A principis del segle XX, l'acadèmic Lebedev va aconseguir millorar els fonaments científics de la indústria del buit. Fins a mitjans del segle passat, els científics no permetien la possibilitat d'obtenir una pressió inferior a 10-6 Pa.
BActualment, els sistemes de buit estan construïts totalment metàl·lics per evitar fuites. Les bombes criogèniques de buit s'utilitzen no només en laboratoris d'investigació, sinó també en diverses indústries.
Per exemple, després del desenvolupament de mitjans especials d'evacuació que no contaminen l'objecte utilitzat, han aparegut noves perspectives per a l'ús de la tecnologia del buit. En química, aquests sistemes s'utilitzen activament per a l'anàlisi qualitativa i quantitativa de les propietats de les substàncies pures, la separació d'una mescla en components i l'anàlisi de la velocitat de diversos processos.
