ფიზიკის განმარტებით, ცნება „ვაკუუმი“გულისხმობს რაიმე ნივთიერებისა და მატერიის ელემენტების არარსებობას გარკვეულ სივრცეში, ამ შემთხვევაში საუბარია აბსოლუტურ ვაკუუმზე. ნაწილობრივი ვაკუუმი შეინიშნება, როდესაც ნივთიერების სიმკვრივე მოცემულ ადგილას სივრცეში დაბალია. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ ამ საკითხს სტატიაში.
ვაკუუმი და წნევა
ცნების "აბსოლუტური ვაკუუმის" განმარტებაში საუბარია მატერიის სიმკვრივეზე. ფიზიკიდან ცნობილია, რომ თუ განიხილება აირისებრი ნივთიერება, მაშინ ნივთიერების სიმკვრივე პირდაპირპროპორციულია წნევისა. თავის მხრივ, როდესაც ვსაუბრობთ ნაწილობრივ ვაკუუმზე, იგულისხმება, რომ მოცემულ სივრცეში მატერიის ნაწილაკების სიმკვრივე ნაკლებია, ვიდრე ჰაერისთვის ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს. ამიტომ ვაკუუმის საკითხი არის წნევის საკითხი მოცემულ სისტემაში.
ფიზიკაში აბსოლუტური წნევა არის სიდიდე, რომელიც უდრის ძალის თანაფარდობას(იზომება ნიუტონებში (N)), რომელიც პერპენდიკულურად გამოიყენება ზოგიერთ ზედაპირზე, ამ ზედაპირის ფართობზე (იზომება კვადრატულ მეტრებში), ანუ P=F / S, სადაც P არის წნევა, F არის ძალა, S არის ზედაპირის ფართობი. წნევის ერთეული არის პასკალი (Pa), ამიტომ 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [მ2].
ნაწილობრივი ვაკუუმი
ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ დედამიწის ზედაპირზე ზღვის დონეზე 20 °C ტემპერატურაზე ატმოსფერული წნევა არის 101,325 Pa. ამ წნევას 1-ლი ატმოსფერო (ატმ.) ეწოდება. დაახლოებით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ წნევა არის 1 ატმ. უდრის 0,1 მპა. კითხვაზე, რამდენი ატმოსფეროა 1 პასკალში, ჩვენ ვადგენთ შესაბამის პროპორციას და ვიღებთ, რომ 1 Pa=10-5 ატმ. ნაწილობრივი ვაკუუმი შეესაბამება ნებისმიერ წნევას განხილულ სივრცეში, რომელიც არის 1 ატმზე ნაკლები.
თუ მითითებულ ფიგურებს წნევის ენიდან გადავთარგმნით ნაწილაკების რაოდენობის ენაზე, მაშინ უნდა ითქვას, რომ 1 ატმ. 1 მ3 ჰაერი შეიცავს დაახლოებით 1025 მოლეკულას. მოლეკულების დასახელებული კონცენტრაციის ნებისმიერი შემცირება იწვევს ნაწილობრივი ვაკუუმის წარმოქმნას.
ვაკუუმის გაზომვა
პატარა ვაკუუმის გაზომვის ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობა ჩვეულებრივი ბარომეტრია, რომლის გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც გაზის წნევა ატმოსფერულის რამდენიმე ათეული პროცენტია.
უფრო მაღალი ვაკუუმის მნიშვნელობების გასაზომად გამოიყენება ელექტრული წრე უიტსტოუნის ხიდით. გამოყენების იდეა გაზომვაამგრძნობიარე ელემენტის წინააღმდეგობა, რომელიც დამოკიდებულია აირში მოლეკულების მიმდებარე კონცენტრაციაზე. რაც უფრო დიდია ეს კონცენტრაცია, მით მეტი მოლეკულა ხვდება სენსორულ ელემენტს და რაც უფრო მეტ სითბოს გადასცემს მას, ეს იწვევს ელემენტის ტემპერატურის შემცირებას, რაც გავლენას ახდენს მის ელექტრულ წინააღმდეგობაზე. ამ მოწყობილობას შეუძლია ვაკუუმის გაზომვა 0,001 ატმ წნევით.
ისტორიული ფონი
საინტერესოა აღინიშნოს, რომ ცნება "აბსოლუტური ვაკუუმი" სრულიად უარყვეს ცნობილმა ძველმა ბერძენმა ფილოსოფოსებმა, როგორიცაა არისტოტელე. გარდა ამისა, ატმოსფერული წნევის არსებობა ცნობილი არ იყო XVII საუკუნის დასაწყისამდე. მხოლოდ ახალი ეპოქის დადგომასთან ერთად დაიწყო ექსპერიმენტების ჩატარება წყლითა და ვერცხლისწყლით სავსე მილებით, რამაც აჩვენა, რომ დედამიწის ატმოსფერო ახდენს ზეწოლას ყველა მიმდებარე სხეულზე. კერძოდ, 1648 წელს ბლეზ პასკალმა შეძლო წნევის გაზომვა ვერცხლისწყლის ბარომეტრის გამოყენებით ზღვის დონიდან 1000 მეტრის სიმაღლეზე. გაზომილი მნიშვნელობა გაცილებით დაბალი აღმოჩნდა, ვიდრე ზღვის დონეზე, რითაც მეცნიერმა დაამტკიცა ატმოსფერული წნევის არსებობა.
პირველი ექსპერიმენტი, რომელმაც ნათლად აჩვენა ატმოსფერული წნევის ძალა და ასევე ხაზი გაუსვა ვაკუუმის კონცეფციას, ჩატარდა გერმანიაში 1654 წელს, ახლა ცნობილია როგორც მაგდებურგის სფეროს ექსპერიმენტი. 1654 წელს გერმანელმა ფიზიკოსმა ოტო ფონ გერიკემ შეძლო მჭიდროდ დააკავშირა ორი მეტალის ნახევარსფერო, რომელთა დიამეტრი მხოლოდ 30 სმ იყო, შემდეგ კი ჰაერი ამოტუმბოს მიღებული სტრუქტურიდან, რითაც შექმნანაწილობრივი ვაკუუმი. სიუჟეტი მოგვითხრობს, რომ 8 ცხენისგან შემდგარი ორი გუნდი, რომლებიც ერთმანეთის საპირისპირო მიმართულებით იზიდავდნენ, ვერ აშორებდნენ ამ სფეროებს.
აბსოლუტური ვაკუუმი: არსებობს ის?
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არის თუ არა სივრცეში ადგილი, რომელიც არ შეიცავს მატერიას. თანამედროვე ტექნოლოგიები შესაძლებელს ხდის ვაკუუმის შექმნას 10-10 Pa და კიდევ უფრო ნაკლები, მაგრამ ეს აბსოლუტური წნევა არ ნიშნავს, რომ განსახილველ სისტემაში არ არის დარჩენილი მატერიის ნაწილაკები..
მოდით ახლა მივმართოთ სამყაროს ყველაზე ცარიელ სივრცეს - სივრცის გახსნას. რა არის წნევა სივრცის ვაკუუმში? დედამიწის ირგვლივ გარე სივრცეში წნევა არის 10-8 Pa, ამ წნევის დროს არის დაახლოებით 2 მილიონი მოლეკულა 1 სმ მოცულობაში3. თუ ვსაუბრობთ გალაქტიკურ სივრცეზე, მაშინ მეცნიერთა აზრით, მასშიც კი არის მინიმუმ 1 ატომი 1 სმ მოცულობით3. უფრო მეტიც, ჩვენი სამყარო გაჟღენთილია ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით, რომლის მატარებლები არიან ფოტონები. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება არის ენერგია, რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას შესაბამის მასად აინშტაინის ცნობილი ფორმულის მიხედვით (E=mc2), ანუ ენერგია მატერიასთან ერთად არის მატერიის მდგომარეობა.. ეს მივყავართ დასკვნამდე, რომ ჩვენთვის ცნობილი სამყაროში არ არსებობს აბსოლუტური ვაკუუმი.
