Chúng ta biết gì về chân không?

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-07 16:29

Theo nghĩa chặt chẽ nhất, chân không là một vùng không gian trong đó hoàn toàn không có vật chất. Thuật ngữ này đại diện cho sự trống rỗng tuyệt đối, và vấn đề chính của nó là nó mô tả một trạng thái lý tưởng không thể tồn tại trong thế giới thực.

Chưa ai tìm ra cách tạo ra một chân không lý tưởng kiểu này trong điều kiện trên cạn, và vì lý do này, thuật ngữ này cũng được dùng để mô tả các vùng trống của không gian. Nhưng vẫn có một khoảng trống ở những khu vực gần gũi hơn với cuộc sống hàng ngày của chúng ta một chút. Chúng tôi sẽ cho bạn biết nó là gì bằng những từ ngữ đơn giản.

Trong hầu hết các trường hợp, chân không là một vật chứa mà từ đó tất cả các khí, kể cả không khí, được loại bỏ càng nhiều càng tốt. Không gian bên ngoài thực sự gần với chân không lý tưởng nhất: các nhà thiên văn học tin rằng không gian giữa các ngôi sao trong một số trường hợp không bao gồm nhiều hơn một nguyên tử hoặc phân tử trên một km khối.

Không có chân không nào được tạo ra trên Trái đất thậm chí đạt đến gần điều kiện này.

Để nói về "chân không trái đất", bạn cần nhớ về áp suất. Áp suất phát sinh do tác động của các phân tử trong chất khí hoặc chất lỏng lên môi trường của chúng, thường là thành của bình chứa, có thể là chai nước ngọt hoặc hộp sọ của bạn. Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào sức mạnh của các cú đánh mà các phân tử "gây ra" trên một vùng lãnh thổ nhất định, và được đo bằng "niutơn trên mét vuông" - đơn vị đo lường này có tên gọi đặc biệt là "pascal".

Mối quan hệ giữa áp suất (p), lực (F) và diện tích (A) được xác định theo phương trình sau: p = F / A - nó áp dụng bất kể áp suất thấp, chẳng hạn như trong không gian, hay rất cao, như trong hệ thống thủy lực.

Nói chung, mặc dù định nghĩa về chân không không chính xác, nhưng nó thường đề cập đến áp suất bên dưới, và thường thấp hơn áp suất khí quyển. Chân không được tạo ra khi không khí bị loại bỏ khỏi một không gian kín, dẫn đến giảm áp suất giữa không gian đó và bầu khí quyển xung quanh.

Nếu không gian bị giới hạn bởi một bề mặt chuyển động, áp suất khí quyển sẽ nén các bức tường của nó lại với nhau - lượng lực giữ phụ thuộc vào diện tích bề mặt và mức chân không. Khi không khí được loại bỏ nhiều hơn, sự giảm áp suất tăng lên và thế năng của chân không cũng tăng lên.

Vì hầu như không thể loại bỏ tất cả các phân tử không khí ra khỏi bình chứa, nên không thể đạt được chân không hoàn hảo.

Ở quy mô công nghiệp và quy mô gia đình (ví dụ: nếu bạn quyết định đặt áo khoác mùa đông trong túi chân không), hiệu quả đạt được bằng cách sử dụng máy bơm chân không hoặc máy phát điện có kích thước khác nhau để loại bỏ không khí. Một máy bơm piston trong xi lanh được gắn vào một bình chứa kín, và với mỗi hành trình của bơm, một phần khí được lấy ra khỏi xi lanh. Máy bơm chạy càng lâu thì chân không được tạo ra trong bể càng tốt.

Bất cứ ai đã từng hút không khí từ túi đựng quần áo, bóp nắp hộp nhựa để thoát khí ra khỏi hộp, hoặc đóng lon (và cả đi massage chân không), đều đã từng gặp phải tình trạng chân không trong đời. Nhưng, tất nhiên, ví dụ phổ biến nhất về việc sử dụng nó là một máy hút bụi gia đình thông thường. Quạt của máy hút bụi liên tục loại bỏ không khí khỏi ống đựng, tạo ra một phần chân không và áp suất khí quyển bên ngoài máy hút bụi sẽ đẩy không khí vào ống đựng, cuốn theo bụi và chất bẩn do bàn chải ở phía trước máy hút kích động. sạch hơn.

Một ví dụ khác là phích nước. Phích nước bao gồm hai bình lồng vào nhau, khoảng cách giữa chúng là chân không. Trong điều kiện không có không khí, nhiệt không truyền giữa hai bình dễ dàng như bình thường. Kết quả là, chất lỏng nóng bên trong bình chứa giữ nhiệt, trong khi chất lỏng lạnh vẫn lạnh vì nhiệt không thể xâm nhập vào chúng.

Vì vậy, mức chân không được xác định bởi sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bầu khí quyển xung quanh. Hai mốc chính trong tất cả các phép đo này là áp suất khí quyển tiêu chuẩn và chân không lý tưởng. Một số đơn vị có thể được sử dụng để đo độ chân không, nhưng đơn vị đo lường phổ biến là milibar, hoặc mbar. Đổi lại, áp suất khí quyển được đo bằng phong vũ biểu, ở dạng đơn giản nhất của nó bao gồm một ống thẳng đứng hút chân không với đầu trên và đầu dưới được đóng kín, nằm trong một bình chứa có thủy ngân mở ra khí quyển.

Áp suất khí quyển tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của chất lỏng làm thủy ngân dâng lên thành ống. Áp suất khí quyển "bình thường" là áp suất bằng trọng lượng của cột thủy ngân cao 760 mm ở nhiệt độ 0,0 ° C, vĩ độ 45 ° và mực nước biển.

Mức độ chân không có thể được đo bằng một số loại đồng hồ đo áp suất:

• Đồng hồ đo áp suất ống Bourdonlà thiết bị nhỏ gọn nhất và được sử dụng rộng rãi nhất - phép đo dựa trên sự biến dạng của một ống đàn hồi bị uốn cong khi chân không được đặt vào cổng đồng hồ đo áp suất.
• Tương tự điện tử là máy đo chân không … Chân không hoặc áp suất làm lệch một màng ngăn kim loại đàn hồi trong cảm biến và sự lệch hướng này làm thay đổi các đặc tính điện của mạch được kết nối - kết quả là một tín hiệu điện tử đại diện cho mức chân không.
• Đồng hồ đo áp suất ống chữ U cho thấy sự khác biệt giữa hai áp suất. Ở dạng đơn giản nhất, dụng cụ đo này là một nửa ống chữ U trong suốt chứa đầy thủy ngân. Khi cả hai đầu ống đều ở áp suất khí quyển thì mức thuỷ ngân ở mỗi khuỷu như nhau. Đặt chân không vào một bên làm cho thủy ngân trong đó tăng lên và hạ xuống ở bên kia - sự chênh lệch độ cao giữa hai mức cho biết mức chân không.

Trên thang đo của hầu hết các đồng hồ đo áp suất, áp suất khí quyển được gán giá trị bằng 0, do đó, các phép đo chân không luôn phải nhỏ hơn 0.