Вакуум и его применение сообщение
Обновлено: 06.07.2024
Вакуум понятие относительное. Учеными доказано, что абсолютного вакуума не существует. Есть несколько понятий вакуума и его интерпретаций.
Что такое вакуум
Из-за малого количество молекул, их внутренняя энергия или импульсы стремятся к нулю. Поэтому считается, что в вакууме практически отсутствуют различные процессы, такие как электрический ток, трение и прочее.
В физике ва́куум – это пространство с газом, давление которого ниже атмосферного давления. Другими словами, это разряжение.
Качество вакуума или его глубина измеряется давлением. А точнее, отношением длины свободного пробега частицы к линейным размерам емкости, в которой он создан. С увеличением степени разряжения уменьшается число столкновений молекул в пространстве. Длина свободного пробега частиц увеличивается и зависит только от размеров сосуда, со стенками которого они сталкиваются. Следовательно, вакуумом можно назвать состояние, когда частицы газа, находясь в определенном объеме, не соприкасаются друг с другом.
Основная единица измерения вакуумного давления – Па. Но паскаль достаточно большая величина для измерения разряжения, поэтому в физике часто используются другие величины, такие как бар, мм.рт.ст., торр, физическая атмосфера.
Экспериментальные исследования испарения и конденсации, поверхностных явлений, некоторых тепловых процессов, низких температур, ядерных и термоядерных реакций осуществляются в вакуумных установках. Основной инструмент современной ядерной физики — ускоритель заряженных частиц — немыслим без вакуума. Вакуумные системы применяются в химии для изучения свойств чистых веществ, изучения состава и разделения компонентов смесей, скоростей химических реакций.
Техническое применение вакуума непрерывно расширяется, но с конца прошлого века и до сих пор наиболее важным его применением остается электронная техника. В электровакуумных приборах вакуум является конструктивным элементом и обязательным условием их функционирования в течение всего срока службы. Низкий и средний вакуум используется в осветительных приборах и газоразрядных устройствах. Высокий вакуум — в приемно-усилительных и генераторых лампах. Наиболее высокие требования к вакууму предъявляются при производстве электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных приборов.
Для работы полупроводникового прибора вакуум не требуется, но в процессе его изготовления широко используется вакуумная технология. Особенно широко вакуумная техника применяется в производстве микросхем, где процессы нанесения тонких пленок, ионного травления, электронолитографии обеспечивают получение элементов электронных схем субмикронных размеров.
В металлургии плавка и переплав металлов в вакууме освобождает их от растворенных газов, благодаря чему они приобретают высокую механическую прочность, пластичность и вязкость. Плавкой в вакууме получают безуглеродистые сорта железа для электродвигателей, высокоэлектропроводную медь, магний, кальций, тантал, платину, титан, цирконий, бериллии, редкие металлы и их сплавы. В производстве высококачественных сталей широко применяется вакуумирование.
Спекание в вакууме порошков тугоплавких металлов, таких, как вольфрам и молибден, является одним из основных технологических процессов порошковой металлургии. Сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики изготавливаются в вакуумных кристаллизационных установках. Сплавы с любым соотношением компонентов могут быть получены методами вакуумной молекулярной эпитаксии. Искусственные кристаллы алмаза, рубина, сапфира получают в вакуумных установках.
Диффузионная сварка в вакууме позволяет получать неразъемные герметичные соединения материалов с сильно различающимися температурами плавления. Таким способом соединяют керамику с металлом, сталь с алюминием и т. д. Высококачественное соединение материалов с однородными свойствами обеспечивает электронно-лучевая сварка в вакууме.
В машиностроении вакуум применяется при исследованиях процессов схватывания материалов и сухого трения, для нанесения упрочняющих покрытий на режущий инструмент и износостойких покрытий на детали машин, захвата и транспортирования деталей в автоматах и автоматических линиях.
Химическая промышленность применяет вакуумные сушильные аппараты при выпуске синтетических волокон, полиамидов, ами-нопластов, полиэтилена, органических растворителей. Вакуум-фильтры используются при производстве целлюлозы, бумаги, смазочных масел. В производстве красителей и удобрений применяются кристаллизационные вакуумные аппараты.
В электротехнической промышленности вакуумная пропитка как самый экономичный метод широко распространена в производстве трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов и кабелей. Повышаются срок службы и надежность при работе в вакууме переключающих электрических аппаратов.
Оптическая промышленность при производстве оптических и бытовых зеркал перешла с химического серебрения на вакуумное алюминирование. Просветленная оптика, защитные слои и интерференционные фильтры получают напылением тонких слоев в вакууме.
В пищевой промышленности для длительного хранения и консервирования пищевых продуктов используют вакуумную сушку вымораживанием. Расфасовка скоропортящихся продуктов, осуществляемая в вакууме, удлиняет сроки хранения фруктов и овощей. Вакуумное выпаривание применяется при производстве сахара, опреснении морской воды, солеварении. В сельском хозяйстве широко распространены вакуумные доильные аппараты. В быту пылесос стал нашим незаменимым помощником.
На транспорте вакуум используется для подачи топлива в карбюраторах, в вакуумных усилителях тормозных систем автомобилей. Имитация космического пространства в условиях земной атмосферы необходима для испытания искусственных спутников и ракет.
В медицине вакуум применяется для сохранения гормонов, лечебных сывороток, витаминов, при получении антибиотиков, анатомических и бактериологических препаратов.
Понятие вакуума как пространства, лишенного вещества. История изучения вакуума. Технический вакуум, мера степени его разрежения. Понятие физического вакуума в квантовой физике. Ложный вакуум и космическое пространство. Измерение степени вакуума.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.02.2015 |
| Размер файла | 25,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Тема: Вакуум и его применение.
Факультет: Ветеринарной медицины и биотехнологий
Студентки: Смирновой Варвары
Славоросова Елена Викторовна.
Вакуум (от лат. vacuus - пустой) - пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлении значительно ниже атмосферного.
История изучения вакуума
Идея вакуума (пустоты) была предметом споров ещё со времён древнегреческих и древнеримских философов Атомисты - Левкипп, Демокрит, Эпикур, Лукреций и их последователи - предполагали, что атомы не могли бы двигаться, если бы между ними не было пустого пространства. Стратон и многие философы в более поздние времена полагали, что пустота может быть "сплошной" и "рассеянной".
Напротив Аристотель и ряд других философов считали, что "природа не терпит пустоты". Концепция "боязни пустоты, зародившаяся ещё до Аристотеля, у Эмпедокла и других философов ионийской школы, в философской мысли Средневековой Европы стала доминирующей и приобрела религиозно-мистические черты.
Некоторые предпосылки к эмпирическому исследованию вакуума существовали ещё в античности. Древнегреческие механики создавали различные технические устройства, основанные на разрежении воздуха. Например, водяные насосы, действующие путём создания разрежения под поршнем, были известны ещё во времена Аристотеля. До нашего времени сохранился рисунок пожарного насоса, изобретённого "отцом пневматики". Водяные насосы такого типа были фактически прообразами вакуумного поршневого насоса, появившегося спустя почти два тысячелетия. Ученик Ктезибия, Герон Александрийский, разработал поршневой шприц для вытягивания гноя, тоже являющийся по существу вакуумным устройством.
В 1644 году Торричелли (с помощью Винченсо Виниани другого ученика Галилея) сумел создать первую вакуумную камеру.
Около 1650 года немецкий учёный Отто фон Герике изобрёл первый вакуумный насос (поршневой цилиндр с водяным уплотнением), позволивший легко откачивать воздух из герметичных ёмкостей и экспериментировать с вакуумом.
Технический вакуум
На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.
Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа, связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера сосуда, в котором находится газ.
Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными, говорят о достижении низкого вакуума. Обычно между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом стоит так называемый форвакуумный насос, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере увеличивается средняя длина свободного пробега молекул газа.
Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10 ?9 мм. рт. ст. и ниже. В сверхвысоком вакууме, например, обычно проводятся эксперименты с использованием сканирующего туннельного микроскопа. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10 ?16 мм. рт. ст. и ниже.
Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается уже при атмосферном давлении, поскольку диаметр поры гораздо меньше длины свободного пробега молекулы.
Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере и т.д. Высоковакуумные насосы являются сложными техническими приборами. Основные типы высоковакуумных насосов - это диффузионные насосы, основанные на увлечении молекул остаточных газов потоком рабочего газа, геттерные, ионизационные насосы, основанные на внедрении молекул газа в геттеры (например, титан) и криосорбционные насосы (в основном, для создания форвакуума).
Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.
Вакуум является хорошим термоизолятором; перенос тепловой энергии в нём происходит лишь за счёт теплового излучения, конвекция и теплопроводность исключены. Это свойство используется для теплоизоляции в термосах (сосудах Дьюара), состоящих из ёмкости с двойными стенками, пространство между которыми вакуумировано.
Вакуум широко применяется в электровакуумных приборах - радиолампах (например, магнетронах микроволновых печей электронно-лучевых трубках и т.п.
Физический вакуум
Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. При этом такое состояние вовсе не обязательно соответствует пустоте: поле в низшем состоянии может быть, например, полем квазичастиц в твердом теле или даже в ядре атома, где плотность чрезвычайно высока. Физическим вакуумом называют также полностью лишённое вещества пространство, заполненное полем в таком состоянии.
Такое состояние не является абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределенности, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей.
В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами.
В теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии или другими физическими параметрами (в зависимости от применяемых гипотез и теорий). Вырождение вакуума спонтанном нарушении симметрии приводит к существованию непрерывного спектра вакуумных состояний, отличающихся друг от друга числом голдстоуновских бозонов.
Локальные минимумы энергии при разных значениях какого-либо поля, отличающиеся по энергии от глобального минимума, носят название ложных вакуумов; такие состояния метастабильны и стремятся распасться с выделением энергии, перейдя в истинный вакуум или в один из нижележащих ложных вакуумов.
Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так эффект Каземира и Лембовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями элекстромагнитного поля в физическом вакууме.
На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (упомянутых выше ложных вакуумов) является одной из главных основ инфляционной теории большого взрыва.
Ложный вакуум
Ложный вакуум - состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму. Такое состояние стабильно в течение определённого времени (метастабильно), но может "туннелировать" в состояние истинного вакуума.
Космическое пространство
Космическое пространство имеет очень низкую плотность и давление, и является ближайшим приближением физического вакуума. Но космический вакуум не является действительно совершенным, даже в межзвёздном пространстве есть несколько атомов водорода на кубический сантиметр.
Звёзды, планеты и спутники держат свои атмосферы силой притяжения, и как таковой у атмосферы нет чётко очерченной границы: плотность атмосферного газа просто уменьшается с расстоянием от объекта.
Атмосферное давление Земли падает до примерно 3,2Ч10 ?2 Па на 100 км (62 мили) высоты - на так называемой линии Кармана, которая является общим определением границы с космическим пространством. За этой линией изотропное давление газа быстро становится незначительным по сравнению с давлением излучения от Солнца и динамическим давлением солнечного ветра, поэтому определение давления становится трудно интерпретировать. Термосфера в этом диапазоне имеет большие градиенты давления, температуры и состава, и сильно варьируется в связи с космической погодой.
Плотность атмосферы в течение первых нескольких сотен километров выше линии Кармана всё ещё достаточна для оказания значительного сопротивления движению искусственных спутников Земли. Большинство спутников работают в этой области, называемой низкой околоземной орбитой, и должны подрабатывать двигателями каждые несколько дней для поддержания стабильной орбиты.
Космическое пространство заполнено большим количеством фотонов, так называемым реликтовым излучением, а также большим количеством реликтовых нейтрино, пока не поддающихся обнаружению. Текущая температура этих излучений составляет около 3 К, или - 270°C или - 454° по Фаренгейту.
Измерение
Степень вакуума определяется количеством вещества, оставшемся в системе. Вакуум, в первую очередь, определяется абсолютным давлением, а полная характеристика требует дополнительных параметров, таких, как температура и химический состав.
Одним из наиболее важных параметров является средняя длина свободного пробега (MFP) остаточных газов, которая указывает среднее расстояние, которое частица пролетает за время свободного пробега от одного столкновения до следующего. Если плотность газа уменьшается, MFP увеличивается. MFP в воздухе при атмосферном давлении очень короткий, около 70 нм, а при 100 мПа (~ 1 Ч 10-3 торр) MFP воздуха в помещении составляет примерно 100 мм.
Вакуум подразделяется на диапазоны в соответствии с технологией, необходимой для его достижения или измерения. Эти диапазоны не имеют общепризнанных определений.
вакуум физический технический ложный
Вакуумная формовка
Вакуумная формовка, технология горячего вакуумного формования - это производство изделий из термопластичных материалов в горячем виде методом воздействия вакуума или низкого давления воздуха.
Эта методика применяется в основном при серийном производстве объёмных изделий из пластика, однако в ряде случаев может применяться и при единичных тиражах.
Вакуумная формовка в сущности является вариантом вытяжки, при которой листовой пластик, расположенный над или под матрицей (инструментом формовки), нагревается до определенной температуры, и повторяет форму матрицы за счет создания вакуума между пластиком и матрицей.
Электровакуумный прибор
Электровакуумный прибор - устройство, предназначенное для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии, в котором рабочее пространство освобождено от воздуха и защищено от окружающей атмосферы непроницаемой оболочкой.
К таким приборам относят как вакуумные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в вакууме, так и газоразрядные электронные приборы, в которых поток электронов проходит в газе. Так же к электровакуумным приборам относятся и лампы накаливания
Литература
1. Научные основы вакуумной техники. - М., 1964
2. Грошковский Я. Техника высокого вакуума. - М., 1975.
3. Основы вакуумной техники.2-е изд. - М., 1981.
Подобные документы
Загадка природы физического вакуума. Философские проблемы вакуума. Физические феномены. Новое понимание сущности физического вакуума. Макроскопические флуктуации в процессах различной природы. Электроводородный генератор Студенникова.
статья [1,6 M], добавлен 25.12.2003
Исследование основных критериев первичности и фундаментальности для физических объектов. Изучение закона уменьшения энтропии в процессах самоорганизации. Анализ проблем создания теории физического вакуума, несостоятельности концепции дискретного вакуума.
реферат [418,4 K], добавлен 19.05.2012
Способ создания дополнительной подъёмной силы. Проявление свойств физического вакуума в процессах, происходящих в космосе. Исследование явления кавитации. Принцип действия элементарного гравитационного генератора. Рождение света из вакуума в макромире.
статья [8,2 M], добавлен 09.05.2014
Взгляды ученых на проблему эфира. Возникновение представления об эфирной среде как о мировой среде задолго до Декарта в древнем Китае. Разработка теории физического вакуума. Предположения ученых о том, что физический вакуум способен рождать частицы.
реферат [31,2 K], добавлен 05.12.2008
Состав, принципы работы и назначение растрового электронного микроскопа РЭМН – 2 У4.1. Особенности восстановления рабочего вакуума в колонне растрового микроскопа. Функционирование диффузионного и форвакуумного насосов, датчиков для измерения вакуума.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 05.11.2009
Особенности протекания экзотермических и экзоэргических процессов. Понятие материи как сущности мира и того общего, что входит в состав всех объектов природы. Исследование двойственной корпускулярно-волновой сущности микрочастиц. Теория "кипения" вакуума.
контрольная работа [24,8 K], добавлен 08.09.2009
Физические свойства жидкости. Гидростатическое давление как скалярная величина, характеризующая напряжённое состояние жидкости, порядок ее определения. Основное уравнение гидростатики. Измерение вакуума. Приборы для измерения давления, снятие показаний.
Вакуум и современные вакуумные технологии
Теоретическая физика использует термин идеальный вакуум, который представляет собой состояние системы с наименьшей возможной энергией.
В идеале вакуум относится к физическому состоянию, в котором нет частиц, как материи (например, электронов, протонов и т. д.), так и излучения (например, фотонов).
Таким образом, это часть пространства, не содержащая материи, но на которую может воздействовать физическое поле, такое как гравитация. Такой вакуум часто называют идеальным. Вакуум без поля называется пустым пространством.
В технической практике это означает пространство, в котором давление газа значительно ниже, чем при нормальном атмосферном давлении. Вакуум создается вакуумными насосами и измеряется в обычных единицах измерения давления с помощью различных вакуумметров.
Вакуум - современная технология. Технология да, но не источник энергии!
При поиске в Интернете информации о слове "вакуум" прежде всего обращает на себя большое количество статей, посвященных так называемым технологиям получения свободной энергии из вакуума.
Эти соображения вписываются в современный контекст активного поиска новых источников источники энергии, на фоне статистики истощения мировых запасов ископаемого топлива, а также серьезных опасений по поводу освоения энергии атомных электростанций.
Вакуум — это одна из передовых технологий современности, но она не является и не может быть источником энергии. Почему?!
В космосе также наименьшее гравитационное и электромагнитное поле, по А. Эйнштейну, однородное унитарное поле, поэтому и здесь вакуум является физической средой. Однако как таковой вакуум, как на практике, так и согласно квантовой теории, никогда не может быть абсолютным, полностью пустым.
Вакуум – это состояние системы с минимально возможной энергией, т.е. что ничто не может иметь меньше энергии, чем вакуум, и поэтому из вакуума даже нельзя черпать какую-либо энергию.
Принцип неопределенности Гейзенберга (упрощенный) - невозможно одновременно определить положение частицы во времени и ее энергию. Позиционирование частицы и импульс частицы являются взаимоисключающими. Если мы измеряем положение частицы, мы также меняем ее энергию.
Это ошибка! Электрический заряд в состоянии покоя не излучает никакой энергии, он является лишь источником электростатического поля. Большинство электрооборудования использует действие зарядов, движущихся в единицу времени, или электрического тока.
Электрический ток может принимать различные формы, он возбуждает электрические и магнитные поля (физически однородное электромагнитное поле), а использование электрической энергии определяется его электромагнитным и электродинамическим эффектами.
Вакуум также определяется в квантовой механике как состояние системы с наименьшей возможной энергией, т.е. что система не может опуститься на более низкий энергетический уровень, а также невозможно высвободить какую-либо энергию из вакуума.
Применение вакуума в науке и технике
Вакуум в техническом смысле — это состояние сильного разбавления газа. Граница между разбавленным газом и вакуумом, понимаемым таким образом, дискуссионна. Часто систему считают вакуумом, если длина свободного пробега молекул газа сравнима с размером сосуда, в котором находится газ.
Промышленный вакуум (используемый в производственной или исследовательской практике) представляет собой пустое пространство, всегда содержащее определенное количество частиц газа и пара, в таком состоянии, что давление этих газов (или их смесей) меньше мгновенного атмосферное давление при нормальной температуре.
Промышленный вакуум в качестве технологической среды на протяжении десятилетий используется в физике (ионная масс-спектрометрия), медицине, электротехнике (технология производства полупроводников), химической и автомобильной промышленности, энергетике (изоляция высоковольтных выключателей, испытания корпусов реакторов и трубопроводов) и др.
Вакуум - технология ХХ I века
Девятнадцатый век, безусловно, справедливо назывался веком пара, потому что изобретение парового двигателя произвело революцию в тогдашнем уровне техники, в развитии промышленности и транспорта. В следующем ХХ веке развитие ускорилось настолько, что этот век без преувеличения можно назвать научно-технической революцией.
Было так много новаторских открытий, что было бы трудно найти единственное и самое значительное, которое характеризовало бы этот век.
Сначала ХХ век называли веком электричества, позже веком атомной энергии, веком космонавтики и, наконец, веком электроники. Наверняка были бы и другие, столь же подходящие обозначения.
Сегодня, когда электроника и особенно микроэлектроника доминируют в мире, полупроводниковая промышленность является одной из важнейших отраслей промышленности. Но именно полупроводниковые технологии в большинстве своем неразрывно связаны с прогрессивной физической средой — вакуумом.
Например, тонкопленочные технологии вакуумного испарения, классическое и магнетронное напыление, плазмохимические методы осаждения тонких пленок, напыления слоев или методы легирования полупроводников ионной имплантацией.
Без дальнейшего бурного развития и миниатюризации электроники, и особенно вычислительной техники, мы не можем представить ни настоящего, ни будущего.
Высокотребовательное современное оборудование, такое как ускорители крупных частиц и токамаки для исследований в области ядерных реакций, высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, не может обойтись без систем сверхвысоковакуумной откачки.
Вакуум применяют в машиностроении для захвата предметов, в пищевой промышленности (вакуумная упаковка и сушка). Вакуум представляет собой химически инертную среду, препятствующую окислению горячих компонентов, поэтому применяется в электротехнике (лампы, лампочки), в машиностроении (вакуумный нагрев, плавка, сварка, пайка) и т. д.
Вакуум применяют во многих отраслях промышленности, часто как часть производственной технологии, например для гомогенизации материалов при их производстве, для удаления пузырей и уплотнения, для понижения температуры кипения при обработке тканей и рафинировании сахара. Вакуумное литье обеспечивает идеальное заполнение формы и предотвращает образование пузырей в отливке.
Еще одним видом промышленного использования вакуума является лиофилизация, эффективная вакуумная сушка в процессе сублимации льдом при очень низком давлении, что гораздо менее энергозатратно, чем обычная сушка нагревом. Более высокий вакуум необходим при производстве ламп накаливания, вакуумных ламп и электронно-лучевых трубок.
Домашние пылесосы, вакуумные присоски для подачи бумаги и других плоских материалов, а также вакуумные манипуляторы работают с вакуумом. Он также служит теплоизоляцией в термосах и стеклопакетах.
История вакуумной техники
Хотя вакуум заполняет почти всю Вселенную, он не возникает самопроизвольно в нашем мире в биосфере Земли, и мы можем создать его только на сложных современных установках.
Как и многие другие области, вакуумная технология претерпела долгую эволюцию. Первыми, кто занялся вакуумом на научной основе, были в XVII в. Г. Галилей (1564 - 1642), а также И. Ньютон (1643 - 1727), когда они решили проблему, почему нельзя перекачивать воду выше менее десяти метров.
Э. Торричелли обобщил их выводы после проведения своего известного эксперимента (трубка Торричелли) и показал, как можно создать вакуум. В то время, когда О. Герике продемонстрировал "Магдебургское полушарие" (1672 г., по некоторым источникам 1650 г.).
Вакуум был еще более диковинкой без применения на практике (люди были поражены при виде нескольких пар лошадей, едва разорвавших полушария, из которого откачивали воздух.
Одним из первых практических применений вакуума был Томас Альва Эдисон (1847–1931), когда в 1879 году он использовал нить из углеродного волокна, помещенную в вакуумную колбу, в результате чего появились первые коммерчески успешные электрические источники света.
С тех пор методы получения вакуума и его измерения претерпели длительное развитие. Физические теории утечек, течения газа, поведения газа на границе раздела вакуум-стенка, теории сорбции (улавливания жидкого или газообразного компонента смеси на поверхности твердой фазы) и десорбции (противоположной абсорбции) стенок получили свое развитие.
Технология получения высокого вакуума после создания диффузионных масляных насосов, а затем и турбомолекулярных насосов позволила развить ионную масс-спектрометрию.
Современные высокие требования к чистоте и качеству вакуума требуют новых направлений развития вакуумной техники.
Актуальной тенденцией являются сухие безмасляные насосные системы, поскольку вакуумная чистота является ограничивающим элементом многих передовых технологий.
Например, если сегодня степень интеграции на полупроводниковых чипах настолько высока, что легированные области имеют размеры лишь нескольких элементарных ячеек кристалла, примеси в виде молекул паров масла снижают выход продукции, а в крайнем случае может сделать производство невозможным.
Такими современными насосами являются, например, диафрагменные насосы, вакуумные насосы Рутса, турбомолекулярные или сорбционные насосы.
Так назовем ли мы XXI век веком электроники или вакуума? Со временем могут возникнуть другие варианты, такие как эпоха альтернативных источников энергии или эпоха сверхпроводимости и термоядерного синтеза. Непременно будут и другие открытия, символичные для своего времени. Каждое время характеризуется большей конкретикой, в зависимости от выбранного нами угла зрения.
Альберт Эйнштейн (14 марта 1879 — 18 апреля 1955), немецкий физик и математик. Он получил Нобелевскую премию в 1921 году не за теорию относительности, а за работу по развитию теоретической физики, особенно за открытие явления фотоэлектрического эффекта.
В течение десяти лет А. Эйнштейн искал решения неясностей, окружающих основы теории электромагнитного поля, и обнаружил их в специальной теории относительности, важнейшим выводом которой является соотношение между энергией и массой, известное как E = mc 2 .
Эйнштейн приобрел мировую известность, работая над квантовой теорией света, объяснив фотоэлектрический эффект, теорию броуновского движения и специальную теорию относительности (эту новаторскую работу он создал в возрасте 26 лет).
В своих исследованиях он указывал на стремление познать единое поле, объединяющее свойства электромагнитного и гравитационного полей, одинаковых во всей Вселенной.
Токамак - требовательное техническое устройство для исследования управляемой термоядерной реакции, обычно имеющее форму тороидального кольца, заполненного плазмой реагирующих нуклидов. Плазма нагревается наведенным электрическим током и пространственно стабилизируется в магнитном поле. Экспериментально достигнуты температуры плазмы до десятков миллионов кельвинов.
Евангелиста Торричелли (15 октября 1608 — 25 октября 1647), итальянский физик и математик. Работал в Академии во Флоренции. Ученик Г. Галилея.
Он заложил основы гидродинамики, среди прочего вывел соотношение для скорости жидкости, протекающей через отверстие сосуда. В 1643 г. изобрел ртутный барометр, доказал существование атмосферного давления (трубка Торричелли). Изучал движение тела, геометрические кривые.
Первоначально названная в честь Торричелли, единица измерения давления — Торр — сегодня больше не используется. 1 торр = 133,322 Па.
Трубка Торричелли — трубка длиной около 1 м, запаянная с одного конца и заполненная ртутью. Он запечатал другой конец большим пальцем, перевернул его вверх дном и поместил закрытый конец в чашу с ртутью. Когда он отпустил большой палец, уровень ртути в трубке упал, но все же был выше уровня в миске.
В верхней части трубы создавался вакуум около 250 мм. Это был первый известный искусственный вакуум. Торричелли рассудил, что ртуть в трубке удерживается массой воздуха, оказываемой давлением на ртуть в чаше. Это доказывало существование атмосферного давления.
Французский математик Блез Паскаль повторил опыт Торричелли, только вместо ртути использовал красное вино (!). Поскольку вино в 15 раз легче ртути, винный столб также был в 15 раз легче ртути.
Чтобы проверить предположение Торричелли, Блез Паскаль и его брат поднялись на аналогичный объект на близлежащий Пюи-де-Дом (1054 м) и обнаружили, что чем выше уровень, тем ниже уровень ртути (всего 76 мм).
Он понял, что это произошло из-за того, что давление воздуха падало с увеличением высоты. Так был изобретен прибор для измерения давления воздуха.
Название барометр ему дал английский физик и химик Роберт Бойль. Слово барометр происходит от греческих слов барос (масса) и метрон (мера).
Отто фон Герике (20. 11. 1602 — 11. 5. 1686), немецкий физик и естествоиспытатель. С помощью так называемых магдебургских полушарий он доказал существование атмосферного давления. В 1650 году он изобрел и применил в практических опытах воздушный насос - вакуумный насос.
Магдебургские сферы - Герике соединил две металлические полусферы кожаным уплотнителем и откачал из них воздух. Атмосферное давление окружающего воздуха соединило полушария с такой силой, что даже 16 лошадей, запряженных по четыре пары в каждое полушарие в противоположных направлениях, не могли разъединить полушария.
Томас Алва Эдисон (1 февраля 1847 — 18 октября 1931), американский изобретатель и горячий сторонник максимально широкого использования электричества.
Это было результатом его сотен, тысяч проб (и ошибок, поскольку Т. Эдисон якобы ненавидел математику и методы научного исследования) с самыми разными материалами. После 6000 попыток наиболее подходящим материалом для лампы накаливания оказался обугленный бамбук.
Эдисон также пришел к выводу, что среда, в которой может светиться волокно, не должна его окислять. Для этого нужно было создать вакуум в стеклянной колбе.
В 1883 г. Т. Эдисон открыл так называемый эффект Эдисона, при котором электрический ток распространяется в вакууме между двумя проводами, не касающимися друг друга. Это открытие позже привело к созданию вакуумных ламп. Некоторые источники приписывают открытие Уильяму Дж. Хаммеру, работавшему на Эдисона.
Читайте также: