Вакуум

Вакуум е простор без супстанца. Самиот збор „вакуум“ е од латинско потекло (лат. vacuus - празен).

Една од значајните особености на вакуумот ја прикажал Ото вон Герике во 1654 г. со Магдебуршките коњи, кои не можеле да ја разделат металната вакуумска топка.

Притисокот во вакуумот е многу понизок од атмосферскиот притисок , и во идеален случај тој тежнее кон притисок од нула паскали. Најголемиот (најдлабокиот) вакуум се наоѓа во вселената ($10^{-14}$ Pa).

Вакуумот бил честа тема на философски дебати на грчките философи, но емпириски не бил истражуван се до XVII век. Евангелиста Торичели ја конструирал првата вакуумска лабораторија во 1643 година, а извел и други експерименти како резултат на неговите теории за атмосферскиот притисок.

Индустриската примена на вакуумот започнува во XX век, со воведувањето електричната светилка и вакуумската цевка.

Вакуумот може да се произведе така што од некој затворен простор со помош на т.н. вакуум-пумпа ќе се извлече целиот гас.

Особини на вакуумот и негова примена

Низ вакуумот се простираат светлината, честичките, цврстите тела, електричното и магнетното поле, но не и звукот — за простирање на звукот потребна е материја. Топлината низ вакуумот простира со зрачење (електромагнетни бранови од инфрацрвениот дел на спектарот), но не и со спроведување. Спровдувањето на топлината се одвива преку материјалните носители, па во простор со низок притисок тоа е значително послабо, и оттаму е примената на вакуумот во термосите.

Во светилката има делумен вакуум, со траги на аргон наместо воздух за да се зачува волфрамското влакно.

Вакуумoт се користи во бројни процеси и уреди. Првата вообичаена примена била во светилките со влакно за да се заштити волфрамовото влакно од хемиска деградација. Хемиската инертност на вакуумот, исто така се користи за заварување со електронски млаз, за нанесување тенки слоеви со испарување, за суво нагризување во производството на полупроводници, за нанесување оптички слоеви, вакуумско пакување итн. Смалувањето на конвекцијата (мешањето) ја подобрува топлотната изолација на термосите. Високиот вакуум го потпомага дегазирањето што се користи за сушење со замрзнување и за вакуумска дестилација.

Особината на вакуумот да ги пропушта електроните без расејување довела до примена во електронскиот микроскоп, вакуумските цевки (првото радио) и катодните цевки (првите телевизори). Отстранувањето на триењето во воздухот со создавање вакуум се користи во конструкцијата на ултрацентрифугите и депонирањето на енергијата кај замаецот.

Вселенски простор

Вселенскиот вакуум всушност е многу слаба плазма што ја сочинуваат наелектризирани честички, електромагнетни полиња, а понекогаш и ѕвезди.

Најголем дел од вселената има густина и притисок скоро колку совршен вакуум. Во вселенскиот простор практично нема триење поради што ѕвездите, планетите и останатите небесни тела се движат слободно по нивните идеални гравитациони патеки. Меѓутоа, не постои совршен вакуум, дури ни во меѓуѕвездениот простор каде се наоѓаат неколку водородни атоми по кубен сантиметар, правејќи притисок од 10 fPa (10⁻¹⁶ Torr).

Високиот вакуум на вселената би можел да претставува погодна средина за извесни процеси, на пример оние кои бараат совршено чисти површини, но за вообичаена примена многу полесно е да се создаде еквивалентен вакуум на Земјата, отколку да се совладува Земјината гравитација.

Ознаки на вакуумот во техничката примена

• Низок вакуум (анг. Low vacuum): 100 kPa - 3 kPa
• Среден вакуум (анг. Medium vacuum): 3 kPa - 100 mPa
• Висок вакуум (анг. High vacuum): 100 mPa - 1 µPa
• Многу висок вакуум (анг. Ultra high vacuum): 100 nPa - 100 pPa
• Екстремно висок вакуум (анг. Extremely high vacuum): < 100 pPa

Особини

Многу особини ги задржаваат вредностите различни од нула кога вакуумот се приближува до идеалниот. Тие идеални физички константи се нарекуваат константи на слободниот простор. Неколку најосновни се:

• Брзината на светлината тежнее кон 299.792.458 m/s, но секогаш е пониска.
• Индексот на прекршување се приближува кон вредноста 1.0, но секогаш е поголем.
• Диелектричната константа ($\varepsilon_0$) тежнее кон 8,8541878176x10^-12 Фаради по метар (F/m).
• Магнетната пермеабилност (μ₀) тежнее кон 4π×10⁻⁷ N/A².
• Карактеристичната импеданса ($Z_0$) тежнее кон 376,73 Ω.