ვაკუუმი არის სივრცე, რომელშიც მატერია არ არის. გამოყენებით ფიზიკასა და ტექნოლოგიაში ეს ნიშნავს გარემოს, რომელშიც გაზი შეიცავს ატმოსფერულ წნევაზე ნაკლები წნევით. რა იყო იშვიათი აირები, როდესაც ისინი პირველად აღმოაჩინეს?
ისტორიის გვერდები
სიცარიელის იდეა საუკუნეების მანძილზე კამათის საგანი იყო. იშვიათი გაზები ცდილობდნენ გაეანალიზებინათ ძველი ბერძენი და რომაელი ფილოსოფოსები. დემოკრიტეს, ლუკრეციუსს, მათ სტუდენტებს სჯეროდათ: ატომებს შორის თავისუფალი სივრცე რომ არ ყოფილიყო, მათი მოძრაობა შეუძლებელი იქნებოდა.
არისტოტელემ და მისმა მიმდევრებმა უარყვეს ეს ცნება, მათი აზრით, ბუნებაში არ უნდა იყოს "სიცარიელე". შუა საუკუნეებში ევროპაში „სიცარიელის შიშის“იდეა გახდა პრიორიტეტული, იგი გამოიყენებოდა რელიგიური მიზნებისთვის.
ძველი საბერძნეთის მექანიკა ტექნიკური მოწყობილობების შექმნისას ეფუძნებოდა ჰაერის იშვიათობას. მაგალითად, წყლის ტუმბოები, რომლებიც მუშაობდნენ დგუშის ზემოთ ვაკუუმის შექმნისას, გაჩნდა არისტოტელეს დროს.
გაზის იშვიათი მდგომარეობა, ჰაერი, გახდა საფუძველი დგუშის ვაკუუმ ტუმბოების წარმოებისთვის, რომლებიც ამჟამად ფართოდ გამოიყენება ტექნოლოგიაში.
მათი პროტოტიპი იყო მის მიერ შექმნილი ჰერონის ალექსანდრიის ცნობილი დგუშის შპრიცი.ჩირქის ამოსაღებად.
მეჩვიდმეტე საუკუნის შუა წლებში შეიქმნა პირველი ვაკუუმ კამერა და ექვსი წლის შემდეგ გერმანელმა მეცნიერმა ოტო ფონ გერიკმა მოახერხა პირველი ვაკუუმური ტუმბოს გამოგონება.
ეს დგუშის ცილინდრი ადვილად ამოტუმბავს ჰაერს დალუქული კონტეინერიდან და იქ ქმნის ვაკუუმს. ამან შესაძლებელი გახადა ახალი სახელმწიფოს ძირითადი მახასიათებლების შესწავლა, მისი ოპერატიული თვისებების ანალიზი.
ტექნიკური ვაკუუმი
პრაქტიკაში გაზის, ჰაერის იშვიათ მდგომარეობას ტექნიკურ ვაკუუმს უწოდებენ. დიდ მოცულობებში შეუძლებელია ასეთი იდეალური მდგომარეობის მიღება, რადგან გარკვეულ ტემპერატურაზე მასალებს აქვთ არანულოვანი გაჯერებული ორთქლის სიმკვრივე.
იდეალური ვაკუუმის მიღების შეუძლებლობის მიზეზია აგრეთვე აირისებრი ნივთიერებების გადაცემა მინის, ჭურჭლის ლითონის კედლებში.
მცირე რაოდენობით სავსებით შესაძლებელია იშვიათი გაზების მიღება. იშვიათობის საზომად გამოიყენება გაზის მოლეკულების თავისუფალი გზა, რომლებიც შემთხვევით ეჯახებიან, ისევე როგორც გამოყენებული ჭურჭლის წრფივი ზომა.
ტექნიკური ვაკუუმი შეიძლება ჩაითვალოს გაზად მილსადენში ან ჭურჭელში, რომლის წნევა ნაკლებია ატმოსფეროში. დაბალი ვაკუუმი წარმოიქმნება, როდესაც გაზის ატომები ან მოლეკულები წყვეტენ ერთმანეთთან შეჯახებას.
წინა ვაკუუმი მოთავსებულია მაღალი ვაკუუმის ტუმბოსა და ატმოსფერულ ჰაერს შორის, რომელიც ქმნის წინასწარ ვაკუუმს. წნევის კამერის შემდგომი შემცირების შემთხვევაში შეინიშნება აირისებრი ნაწილაკების ბილიკის სიგრძის ზრდა.ნივთიერებები.
როდესაც წნევა 10 -9 პაა, იქმნება ულტრა მაღალი ვაკუუმი. სწორედ ეს იშვიათი აირები გამოიყენება ექსპერიმენტების ჩასატარებლად სკანირების გვირაბის მიკროსკოპის გამოყენებით.
შესაძლებელია ზოგიერთი კრისტალის ფორებში ასეთი მდგომარეობის მიღება ატმოსფერული წნევის დროსაც კი, ვინაიდან ფორების დიამეტრი გაცილებით მცირეა ვიდრე თავისუფალი ნაწილაკების თავისუფალი გზა.
ვაკუუმზე დაფუძნებული მოწყობილობები
გაზის იშვიათი მდგომარეობა აქტიურად გამოიყენება მოწყობილობებში, რომლებსაც ვაკუუმ ტუმბოებს უწოდებენ. გეტერები გამოიყენება გაზების შესაწოვად და გარკვეული ხარისხის ვაკუუმის მისაღებად. ვაკუუმის ტექნოლოგია ასევე მოიცავს უამრავ მოწყობილობას, რომლებიც აუცილებელია ამ მდგომარეობის გასაკონტროლებლად და გასაზომად, ასევე ობიექტების გასაკონტროლებლად, სხვადასხვა ტექნოლოგიური პროცესის განსახორციელებლად. ყველაზე რთული ტექნიკური მოწყობილობები, რომლებიც იყენებენ იშვიათ გაზებს, არის მაღალი ვაკუუმის ტუმბოები. მაგალითად, დიფუზიური მოწყობილობები მოქმედებენ ნარჩენი გაზის მოლეკულების მოძრაობის საფუძველზე სამუშაო გაზის ნაკადის მოქმედებით. იდეალური ვაკუუმის შემთხვევაშიც კი, საბოლოო ტემპერატურის მიღწევისას მცირე თერმული გამოსხივებაა. ეს ხსნის იშვიათი გაზების ძირითად თვისებებს, მაგალითად, თერმული წონასწორობის დაწყებას სხეულსა და ვაკუუმის კამერის კედლებს შორის გარკვეული დროის ინტერვალის შემდეგ.
იშვიათი მონოატომური აირი შესანიშნავი თბოიზოლატორია. მასში თერმული ენერგიის გადაცემა ხორციელდება მხოლოდ რადიაციის დახმარებით, თბოგამტარობა და კონვექცია არ ხდება.შეინიშნება. ეს თვისება გამოიყენება დევარის ჭურჭელში (თერმოსები), რომლებიც შედგება ორი კონტეინერისგან, რომელთა შორის არის ვაკუუმი.
ვაკუუმს ჰპოვა ფართო გამოყენება რადიო მილებში, მაგალითად, კინესკოპების მაგნიტრონები, მიკროტალღური ღუმელები.
ფიზიკური ვაკუუმი
კვანტურ ფიზიკაში ასეთი მდგომარეობა ნიშნავს კვანტური ველის ძირითადი (ყველაზე დაბალი) ენერგეტიკულ მდგომარეობას, რომელიც ხასიათდება კვანტური რიცხვების ნულოვანი მნიშვნელობებით.
ამ მდგომარეობაში, ერთატომური გაზი არ არის მთლიანად ცარიელი. კვანტური თეორიის მიხედვით, ვირტუალური ნაწილაკები სისტემატურად ჩნდებიან და ქრება ფიზიკურ ვაკუუმში, რაც იწვევს ველების ნულოვან რხევებს.
თეორიულად, რამდენიმე განსხვავებული ვაკუუმი შეიძლება არსებობდეს ერთდროულად, რომლებიც განსხვავდებიან ენერგიის სიმკვრივით, ისევე როგორც სხვა ფიზიკური მახასიათებლებით. ეს იდეა გახდა ინფლაციური დიდი აფეთქების თეორიის საფუძველი.
მცდარი ვაკუუმი
იგულისხმება ველის მდგომარეობა კვანტურ თეორიაში, რომელიც არ არის მდგომარეობა მინიმალური ენერგიით. ის სტაბილურია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. არსებობს ცრუ მდგომარეობის "გვირაბის" შესაძლებლობა ნამდვილ ვაკუუმში, როდესაც მიიღწევა ძირითადი ფიზიკური სიდიდეების საჭირო მნიშვნელობები.
კოსმოსი
როდესაც განვიხილავთ რას ნიშნავს იშვიათი გაზი, აუცილებელია ვისაუბროთ "კოსმოსური ვაკუუმის" კონცეფციაზე. ის შეიძლება ჩაითვალოს ფიზიკურ ვაკუუმთან ახლოს, მაგრამ არსებული ვარსკვლავთშორისშისივრცე. პლანეტებს, მათ ბუნებრივ თანამგზავრებს, ბევრ ვარსკვლავს აქვს გარკვეული მიმზიდველი ძალები, რომლებიც ინარჩუნებენ ატმოსფეროს გარკვეულ მანძილზე. ვარსკვლავის ობიექტის ზედაპირიდან მოშორებისას იშვიათი გაზის სიმკვრივე იცვლება.
მაგალითად, არის კარმანის ხაზი, რომელიც ითვლება საერთო განმარტებად პლანეტის საზღვრის გარე სივრცესთან. მის უკან იზოტროპული აირის წნევის მნიშვნელობა მკვეთრად მცირდება მზის გამოსხივებასთან და მზის ქარის დინამიურ წნევასთან შედარებით, ამიტომ ძნელია იშვიათი გაზის წნევის ინტერპრეტაცია.
გარე სამყარო სავსეა ფოტონებით, რელიქტური ნეიტრინოებით, რომელთა აღმოჩენა ძნელია.
გაზომვის მახასიათებლები
ვაკუუმის ხარისხი ჩვეულებრივ განისაზღვრება იმ ნივთიერების რაოდენობით, რომელიც რჩება სისტემაში. ამ მდგომარეობის გაზომვის მთავარი მახასიათებელია აბსოლუტური წნევა, გარდა ამისა, გათვალისწინებულია აირის ქიმიური შემადგენლობა და მისი ტემპერატურა.
მნიშვნელოვანი პარამეტრი ვაკუუმისთვის არის სისტემაში დარჩენილი გაზების ბილიკის სიგრძის საშუალო მნიშვნელობა. არსებობს ვაკუუმის დაყოფა გარკვეულ დიაპაზონებად ტექნოლოგიის შესაბამისად, რომელიც აუცილებელია გაზომვებისთვის: ცრუ, ტექნიკური, ფიზიკური.
ვაკუუმის ფორმირება
ეს არის პროდუქციის დამზადება თანამედროვე თერმოპლასტიკური მასალებისგან ცხელი ფორმით დაბალი ჰაერის წნევის ან ვაკუუმის მოქმედების გამოყენებით.
ვაკუუმის ფორმირება განიხილება ხატვის მეთოდად, რის შედეგადაც ხდება ფურცლის პლასტმასის გათბობა,მდებარეობს მატრიცის ზემოთ, გარკვეული ტემპერატურის მნიშვნელობამდე. შემდეგ, ფურცელი იმეორებს მატრიცის ფორმას, ეს გამოწვეულია მასსა და პლასტმასს შორის ვაკუუმის შექმნის გამო.
ელექტროვაკუუმის მოწყობილობები
ეს არის მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია ელექტრომაგნიტური ენერგიის შესაქმნელად, გასაძლიერებლად და გარდაქმნისთვის. ასეთ მოწყობილობაში ჰაერი ამოღებულია სამუშაო სივრციდან და გამოიყენება გაუმტარი გარსი გარემოსგან დასაცავად. ასეთი მოწყობილობების მაგალითებია ელექტრონული ვაკუუმური მოწყობილობები, სადაც ელექტრონები ჯდება ვაკუუმში. ინკანდესენტური ნათურები ასევე შეიძლება ჩაითვალოს ვაკუუმურ მოწყობილობებად.
გაზები დაბალ წნევაზე
გაზს უწოდებენ იშვიათს, თუ მისი სიმკვრივე უმნიშვნელოა და მოლეკულური ბილიკის სიგრძე შედარებულია ჭურჭლის ზომასთან, რომელშიც მდებარეობს გაზი. ასეთ მდგომარეობაში ელექტრონების რაოდენობის შემცირება შეინიშნება აირის სიმკვრივის პროპორციულად.
ძალიან იშვიათი გაზის შემთხვევაში, პრაქტიკულად არ არის შიდა ხახუნი. ამის ნაცვლად, ჩნდება მოძრავი აირის გარე ხახუნი კედლებთან, რაც აიხსნება მოლეკულების იმპულსის ცვლილებით, როდესაც ისინი ჭურჭელს შეეჯახებიან. ასეთ ვითარებაში არის პირდაპირი პროპორციულობა ნაწილაკების სიჩქარესა და გაზის სიმკვრივეს შორის.
დაბალი ვაკუუმის შემთხვევაში შეინიშნება ხშირი შეჯახება გაზის ნაწილაკებს შორის სრული მოცულობით, რასაც თან ახლავს თერმული ენერგიის სტაბილური გაცვლა. ამით აიხსნება გადაცემის ფენომენი (დიფუზია, თბოგამტარობა), რომელიც აქტიურად გამოიყენება თანამედროვე ტექნოლოგიებში.
იშვიათი გაზების მიღება
ვაკუუმური მოწყობილობების მეცნიერული შესწავლა და განვითარება დაიწყო მეჩვიდმეტე საუკუნის შუა ხანებში. 1643 წელს იტალიელმა ტორიჩელმა მოახერხა ატმოსფერული წნევის მნიშვნელობის დადგენა და ო. გუერიკეს მიერ სპეციალური წყლის ბეჭდით მექანიკური დგუშის ტუმბოს გამოგონების შემდეგ, გაჩნდა რეალური შესაძლებლობა იშვიათი გაზის მახასიათებლების მრავალი კვლევის ჩატარებისთვის. ამავდროულად, შესწავლილი იქნა ვაკუუმის ზემოქმედების შესაძლებლობები ცოცხალ არსებებზე. ვაკუუმში ელექტრული გამონადენით ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა ხელი შეუწყო უარყოფითი ელექტრონის, რენტგენის გამოსხივების აღმოჩენას.
ვაკუუმის თბოიზოლაციის უნარის წყალობით შესაძლებელი გახდა სითბოს გადაცემის მეთოდების ახსნა, თეორიული ინფორმაციის გამოყენება თანამედროვე კრიოგენული ტექნოლოგიების განვითარებისთვის.
ვაკუუმის გამოყენება
1873 წელს გამოიგონეს პირველი ელექტროვაკუუმური მოწყობილობა. ისინი გახდნენ ინკანდესენტური ნათურა, შექმნილი რუსი ფიზიკოსის ლოდიგინის მიერ. მას შემდეგ გაფართოვდა ვაკუუმური ტექნოლოგიის პრაქტიკული გამოყენება, გამოჩნდა ამ მდგომარეობის მიღებისა და შესწავლის ახალი მეთოდები.
სხვადასხვა ტიპის ვაკუუმ ტუმბოები შეიქმნა მოკლე დროში:
- ბრუნვა;
- კრიოსორბცია;
- მოლეკულური;
- დიფუზია.
მეოცე საუკუნის დასაწყისში აკადემიკოსმა ლებედევმა მოახერხა ვაკუუმის ინდუსტრიის სამეცნიერო საფუძვლების გაუმჯობესება. გასული საუკუნის შუა ხანებამდე მეცნიერები არ იძლეოდნენ 10-6 Pa-ზე ნაკლები წნევის მიღების შესაძლებლობას.
Bამჟამად, ვაკუუმური სისტემები აშენებულია მთლიანად ლითონისგან, რათა თავიდან იქნას აცილებული გაჟონვა. ვაკუუმური კრიოგენული ტუმბოები გამოიყენება არა მხოლოდ კვლევით ლაბორატორიებში, არამედ სხვადასხვა ინდუსტრიებში.
მაგალითად, სპეციალური ევაკუაციის საშუალებების შემუშავების შემდეგ, რომლებიც არ აბინძურებენ გამოყენებულ ობიექტს, გაჩნდა ვაკუუმური ტექნოლოგიის გამოყენების ახალი პერსპექტივები. ქიმიაში ასეთი სისტემები აქტიურად გამოიყენება სუფთა ნივთიერებების თვისებების ხარისხობრივი და რაოდენობრივი ანალიზისთვის, ნარევის კომპონენტებად დაყოფისა და სხვადასხვა პროცესის სიჩქარის ანალიზისთვის.
