După definiția din fizică, conceptul de „vid” presupune absența oricărei substanțe și elemente ale materiei într-un anumit spațiu, în acest caz se vorbește de un vid absolut. Se observă un vid parțial atunci când densitatea substanței într-un loc dat din spațiu este scăzută. Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestei probleme în articol.
Vid și presiune
În definiția conceptului „vid absolut” vorbim despre densitatea materiei. Din fizică se știe că dacă se ia în considerare materia gazoasă, atunci densitatea substanței este direct proporțională cu presiunea. La rândul său, când se vorbește despre un vid parțial, se presupune că densitatea particulelor de materie dintr-un spațiu dat este mai mică decât cea a aerului la presiunea atmosferică normală. De aceea, problema vidului este o problemă de presiune în sistemul în cauză.
În fizică, presiunea absolută este o mărime egală cu raportul forței(măsurată în newtoni (N)), care se aplică perpendicular pe o suprafață, pe aria acestei suprafețe (măsurată în metri pătrați), adică P=F / S, unde P este presiunea, F este forța, S este aria suprafeței. Unitatea de presiune este pascal (Pa), deci 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Vid parțial
S-a stabilit experimental că la o temperatură de 20 °C pe suprafața Pământului la nivelul mării, presiunea atmosferică este de 101.325 Pa. Această presiune se numește prima atmosferă (atm.). Aproximativ, putem spune că presiunea este de 1 atm. este egal cu 0,1 MPa. Răspunzând la întrebarea câte atmosfere sunt în 1 pascal, alcătuim proporția corespunzătoare și obținem că 1 Pa=10-5 atm. Un vid parțial corespunde oricărei presiuni din spațiul luat în considerare care este mai mică de 1 atm.
Dacă traducem cifrele indicate din limbajul presiunii în limbajul numărului de particule, atunci trebuie spus că la 1 atm. 1 m3 de aer conține aproximativ 1025 molecule. Orice scădere a concentrației numite de molecule duce la formarea unui vid parțial.
Măsurarea vidului
Cel mai obișnuit dispozitiv pentru măsurarea unui vid mic este un barometru convențional, care poate fi folosit numai atunci când presiunea gazului este de câteva zeci de procente față de cea atmosferică.
Pentru a măsura valori mai mari de vid, se folosește un circuit electric cu o punte Wheatstone. Ideea de a folosi este de a măsurarezistența elementului sensibil, care depinde de concentrația înconjurătoare a moleculelor din gaz. Cu cât această concentrație este mai mare, cu atât mai multe molecule lovesc elementul sensibil și cu cât transferă mai multă căldură către ele, aceasta duce la o scădere a temperaturii elementului, ceea ce îi afectează rezistența electrică. Acest dispozitiv poate măsura vidul la presiuni de 0,001 atm.
Context istoric
Este interesant de observat că conceptul de „vid absolut” a fost complet respins de filosofi greci antici celebri, precum Aristotel. În plus, existența presiunii atmosferice nu a fost cunoscută până la începutul secolului al XVII-lea. Abia odată cu apariția New Age au început să fie efectuate experimente cu tuburi pline cu apă și mercur, care au arătat că atmosfera pământului exercită presiune asupra tuturor corpurilor din jur. În special, în 1648, Blaise Pascal a putut măsura presiunea folosind un barometru cu mercur la o altitudine de 1000 de metri deasupra nivelului mării. Valoarea măsurată s-a dovedit a fi mult mai mică decât la nivelul mării, astfel că omul de știință a dovedit existența presiunii atmosferice.
Primul experiment care a demonstrat în mod clar puterea presiunii atmosferice și, de asemenea, a subliniat conceptul de vid a fost efectuat în Germania în 1654, cunoscut acum sub numele de Experimentul Sferei Magdeburg. În 1654, fizicianul german Otto von Guericke a reușit să conecteze strâns două emisfere metalice cu un diametru de numai 30 cm și apoi a pompat aer din structura rezultată, creând astfelvid parțial. Povestea spune că două echipe de câte 8 cai fiecare, care au tras în direcții opuse, nu au putut separa aceste sfere.
Vidul absolut: există?
Cu alte cuvinte, există un loc în spațiu care nu conține nicio materie. Tehnologiile moderne fac posibilă crearea unui vid de 10-10 Pa și chiar mai puțin, dar această presiune absolută nu înseamnă că nu mai există particule de materie în sistemul luat în considerare.
Să ne întoarcem acum la cel mai gol spațiu din Univers - pentru a deschide spațiu. Care este presiunea în vidul spațiului? Presiunea în spațiul cosmic din jurul Pământului este de 10-8 Pa, la această presiune sunt aproximativ 2 milioane de molecule într-un volum de 1 cm3. Dacă vorbim despre spațiul intergalactic, atunci conform oamenilor de știință, chiar și în el există cel puțin 1 atom într-un volum de 1 cm3. Mai mult, Universul nostru este pătruns de radiații electromagnetice, purtătorii cărora sunt fotonii. Radiația electromagnetică este energie care poate fi convertită în masa corespunzătoare conform celebrei formule Einstein (E=mc2), adică energia, împreună cu materia, este o stare a materiei. Acest lucru duce la concluzia că nu există un vid absolut în Univers cunoscut de noi.
