Star News
Ορισμός φυσικής κενού. Τι είναι το φυσικό κενό και το βαρυτικό πεδίο; Δείτε τι είναι το "Vacuum" σε άλλα λεξικά
) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις σημαντικά χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική πίεση. Το κενό χαρακτηρίζεται από την αναλογία μεταξύ της μέσης ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διεργασίας d. Στο d, μπορεί να ληφθεί η απόσταση μεταξύ των τοιχωμάτων του θαλάμου κενού, η διάμετρος του αγωγού κενού κ.λπ. Ανάλογα με την τιμή του λόγου λ/d, ένα χαμηλό (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) κενό.
Είναι απαραίτητο να γίνει διάκριση μεταξύ των εννοιών φυσικό κενόκαι τεχνικό κενό.
τεχνικό κενό
Στην πράξη, ένα εξαιρετικά σπάνιο αέριο ονομάζεται τεχνικό κενό. Στους μακροσκοπικούς όγκους, ένα ιδανικό κενό είναι ανέφικτο στην πράξη, αφού σε μια πεπερασμένη θερμοκρασία όλα τα υλικά έχουν μη μηδενική πυκνότητα κορεσμένων ατμών. Επιπλέον, πολλά υλικά (συμπεριλαμβανομένου του χοντρού μετάλλου, του γυαλιού και άλλων τοιχωμάτων του αγγείου) επιτρέπουν τη διέλευση αερίων. Σε μικροσκοπικούς όγκους, ωστόσο, η επίτευξη ιδανικού κενού είναι καταρχήν εφικτή. Το μέτρο του βαθμού αραίωσης του κενού είναι η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου< λ >συνδέονται με τους αμοιβαίοςσυγκρούσεις στο αέριο, και το χαρακτηριστικό γραμμικό μέγεθος μεγάλοδοχείο που περιέχει αέριο. Αυστηρά μιλώντας, ένα τεχνικό κενό είναι ένα αέριο σε ένα δοχείο ή αγωγό με πίεση χαμηλότερη από ό,τι στην περιβάλλουσα ατμόσφαιρα. Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, όταν τα μόρια ή τα άτομα ενός αερίου σταματήσουν να συγκρούονται μεταξύ τους και οι αέριοδυναμικές ιδιότητες αντικαθίστανται από παχύρρευστες (σε πίεση περίπου 1 Torr), λένε ότι χαμηλό κενό(λ < < μεγάλο)(5000-10000 μόρια ανά 1 cm3). Συνήθως η αντλία χαμηλής υποπίεσης είναι μεταξύ ατμοσφαιρικός αέραςκαι μια αντλία υψηλού κενού, δημιουργώντας ένα προ-κενό, γι' αυτό συχνά ονομάζεται χαμηλό κενό προκένωση. Με περαιτέρω μείωση της πίεσης στο θάλαμο, η μέση ελεύθερη διαδρομή λ των μορίων αερίου αυξάνεται. Για λ > > μεγάλοτα μόρια αερίου δεν συγκρούονται πλέον μεταξύ τους, αλλά κινούνται ελεύθερα από τοίχο σε τοίχο, στην περίπτωση αυτή μιλούν για υψηλό κενό(10 -5 Torr) (1000 μόρια ανά 1 cm3). Εξαιρετικά υψηλό κενόαντιστοιχεί σε πίεση 10 -9 Torr και κάτω. Δυστυχώς, δεν έχει ακόμη παραληφθεί σε επίγειες συνθήκες. Για σύγκριση, η πίεση στο διάστημα είναι αρκετές τάξεις μεγέθους χαμηλότερη, ενώ στο βαθύ διάστημα μπορεί να φτάσει ακόμη και τα 10 -30 Torr και χαμηλότερα (1 μόριο ανά 1 cm3). πλήρης απουσίαμόρια.
Ένα υψηλό κενό στους μικροσκοπικούς πόρους ορισμένων κρυστάλλων επιτυγχάνεται σε ατμοσφαιρική πίεση, η οποία σχετίζεται ακριβώς με τη μέση ελεύθερη διαδρομή του αερίου.
Οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη και τη διατήρηση κενού ονομάζονται αντλίες κενού. Οι δέκτες χρησιμοποιούνται για την απορρόφηση αερίων και τη δημιουργία του απαιτούμενου βαθμού κενού. Ο ευρύτερος όρος τεχνολογία κενού περιλαμβάνει επίσης συσκευές για τη μέτρηση και τον έλεγχο του κενού, το χειρισμό αντικειμένων και την εκτέλεση τεχνολογικών εργασιών σε θάλαμο κενού κ.λπ.
Αξίζει να σημειωθεί ότι ακόμη και σε ιδανικό κενό σε πεπερασμένη θερμοκρασία υπάρχει πάντα κάποια θερμική ακτινοβολία (ένα αέριο φωτονίων). Έτσι, ένα σώμα τοποθετημένο σε ιδανικό κενό αργά ή γρήγορα θα έρθει σε θερμική ισορροπία με τα τοιχώματα του θαλάμου κενού λόγω της ανταλλαγής θερμικών φωτονίων.
φυσικό κενό
Αλλά ίσως το πιο προφανές από τα φαινόμενα που δεν μπορούν να εξηγηθούν χωρίς τη χρήση της ιδέας των ταλαντώσεων κενού μηδενικού σημείου είναι η αυθόρμητη ακτινοβολία. Οι πιο συνηθισμένοι λαμπτήρες πυρακτώσεως που εκπέμπουν αυθόρμητα δεν θα έλαμπαν εάν το κενό ήταν ένα απόλυτο κενό. Το γεγονός είναι ότι κάθε αντικείμενο (και, επομένως, ένα διεγερμένο άτομο), τοποθετημένο σε έναν απολύτως κενό χώρο, είναι ένα κλειστό σύστημα. Και εφόσον ένα τέτοιο σύστημα είναι σταθερό στο χρόνο, δεν θα υπήρχε ακτινοβολία. Ήδη από αυτόν τον απλό συλλογισμό είναι σαφές ότι η εξήγηση της αυθόρμητης εκπομπής απαιτεί τη χρήση ενός πιο περίπλοκου μοντέλου κενού από το κλασικό απόλυτο κενό.
δείτε επίσης
Σημειώσεις
Συνδέσεις
Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .
Δείτε τι είναι το "Physical Vacuum" σε άλλα λεξικά:
φυσικό κενό- absoliutusis vakuumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Απόλυτο κενό? τέλειο κενό? φυσικό κενό vok. απόλυτα Κενό, n; physikalisches Vakuum, n rus. απόλυτο κενό, m; τέλειο κενό, m; φυσικό κενό, m pranc.… … Fizikos terminų žodynas
φυσικό κενό- Η κατάσταση του συστήματος των κβαντικών πεδίων με τη χαμηλότερη ενέργεια, που ορίζεται από την επανακανονικοποιημένη Hamiltonian της θεωρίας, συμπεριλαμβανομένων των φυσικών (παρατηρήσιμων) μαζών, φορτίων και πεδίων ... Επεξηγηματικό λεξικό ορολογίας Πολυτεχνείου
Βαρόμετρο κενού υδραργύρου από την Evangelista Torricelli, μια επιστήμονα που δημιούργησε για πρώτη φορά ένα κενό σε ένα εργαστήριο. Πάνω από την επιφάνεια του υδραργύρου στο πάνω μέρος του σφραγισμένου σωλήνα "Torrichelian void" (ένα κενό που περιέχει ατμούς υδραργύρου υπό πίεση κορεσμού ... Wikipedia
Στην κβαντική θεωρία πεδίου, το χαμηλότερο ενεργειακό. η κατάσταση των κβαντισμένων πεδίων, που χαρακτηρίζεται από την απουσία c.l. πραγματικό h γ. Όλα είναι κβαντικά. αριθμοί V. f. (ορμή, ηλεκτρικό φορτίο κ.λπ.) ισούνται με μηδέν. Ωστόσο, η δυνατότητα εικονικών διεργασιών στο V. f. ... ... Φυσική Εγκυκλοπαίδεια
Φυσικό κενό, ένα μέσο στο οποίο δεν υπάρχουν σωματίδια ύλης ή πεδίου. Στην τεχνική του V. ονομάζεται ένα μέσο που περιέχει «πολύ λίγα» σωματίδια. Όσο λιγότερα σωματίδια υπάρχουν σε μια μονάδα όγκου ενός τέτοιου μέσου, τόσο υψηλότερο είναι το V. Ωστόσο, το πλήρες μέσο V. ≈, σε ... ...
- (από το λατ. κενό κενού), η κατάσταση του αερίου σε πίεση μικρότερη από την ατμοσφαιρική. Η έννοια του "V." ισχύει για αέριο σε κλειστό ή εκκενωμένο δοχείο, αλλά συχνά ισχύει και για αέριο σε ελεύθερο νερό, για παράδειγμα. στο διάστημα. Ο βαθμός του V. καθορίζεται από ... ... Φυσική Εγκυκλοπαίδεια
I Κενό (από το λατ. Κενό κενού) είναι η κατάσταση του αερίου σε πιέσεις πολύ χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Η έννοια του V. εφαρμόζεται συνήθως σε ένα αέριο που γεμίζει περιορισμένο όγκο, αλλά συχνά αναφέρεται ως αέριο σε ελεύθερο χώρο, ... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια
ΚΕΝΟ- με την καθημερινή έννοια, το κενό, η απουσία πραγματικών σωματιδίων. Στην κβαντομηχανική, η έννοια του φυσικού κενού εισάγεται ως η θεμελιώδης κατάσταση των κβαντικών πεδίων με ελάχιστη ενέργεια και μηδενικές τιμές ορμής, γωνιακή ορμή, ... ... Φιλοσοφία της Επιστήμης: Γλωσσάρι Βασικών Όρων
Το κενό (από το λατ. Vacuum void) είναι ένα μέσο που περιέχει αέριο σε πιέσεις πολύ χαμηλότερες από την ατμοσφαιρική. Το κενό χαρακτηρίζεται από την αναλογία μεταξύ της μέσης ελεύθερης διαδρομής των μορίων αερίου λ και του χαρακτηριστικού μεγέθους της διεργασίας d. Κάτω από το δ μπορεί να ληφθεί ... ... Wikipedia
Όταν λέμε "κενό", εννοούμε συχνότερα το διάστημα - μια αφάνταστη ποσότητα κενού, στην οποία περιστασιακά συναντώνται νησιά ύλης με τη μορφή μεμονωμένων αστέρων, πλανητικών συστημάτων, καθώς και γαλαξιών και άλλων υπερσυστημάτων που σχηματίζονται από αυτά. Στην πραγματικότητα, το διάστημα και το κενό είναι διαφορετικές έννοιες, αν και συνδέονται άμεσα μεταξύ τους.
Κενό χώρο και οικιακό
Τι είναι λοιπόν το κενό; Εάν κάνουμε μια σωστή αναζήτηση στο Διαδίκτυο, θα ανακαλύψουμε ότι αυτή η έννοια χρησιμοποιείται για να ονομάσουμε δύο σαφώς διαφορετικά πράγματα. Το πρώτο, το πολύ οικείο σε εμάς «κοσμικό κενό», που αλλιώς λέγεται τεχνικό κενό. Και με αυτό εννοείται είτε η πλήρης απουσία αέρα, καθώς και άλλων αερίων, είτε απλώς μειωμένη ατμοσφαιρική πίεση.
Είναι το διάστημα κενό σε αυτή την περίπτωση; Φυσικά, αν και λίγα άτομα υδρογόνου ανά τετραγωνικό μέτροο διαστρικός χώρος θα εξακολουθεί να βρίσκεται. Ταυτόχρονα, το απόλυτο κενό (η πλήρης απουσία ατόμων οποιασδήποτε ουσίας) είναι μάλλον μια αφηρημένη ποσότητα - για να ληφθεί ακόμη και σε εξαιρετικά μικρούς όγκους σε αυτή τη στιγμήαδύνατο.
Ίσως στο μέλλον αυτό να μην είναι πρόβλημα, για παράδειγμα, εάν χρησιμοποιηθεί μαγνητικό ή άλλο πεδίο για τη δημιουργία του. Το κενό δεν είναι κατά της βαρύτητας και ταιριάζει αρκετά στη σύγχρονη επιστημονική εικόνα.
Παρεμπιπτόντως, για να «δούμε» το τεχνικό κενό, δεν είναι απαραίτητο να γίνετε μέλος του διαστημικού προγράμματος. Θα είναι αρκετό να αγοράσετε ένα προϊόν γεμάτο με άντληση αέρα σε ένα σούπερ μάρκετ ή να βάλετε κουτιά στην πλάτη της συζύγου σας - τι είναι το κενό αν όχι ένας βοηθός ανθρώπου;
Το κενό ως η θεμελιώδης αρχή του Σύμπαντος
Με τη δεύτερη έννοια, το κενό εμφανίζεται μπροστά μας ως ένα είδος θεμελίου πάνω στο οποίο βασίζεται και λειτουργεί ο υλικός μας κόσμος. Ένα τέτοιο κενό ονομάζεται φυσικό. Το φυσικό κενό, σε αντίθεση με το τεχνικό, είναι εξαιρετικά δύσκολο να οδηγηθεί στο πλαίσιο των ορισμών και της επιστήμης γενικότερα. Σε γενικές γραμμές, αυτό δεν είναι καν ένα παράλληλο, αλλά ένα κάθετο σύμπαν - ένα ασύλληπτο κάτι που δεν έχει ύλη, αλλά έχει εκπληκτικές ενεργειακές ανωμαλίες με εξαιρετικά υψηλό δυναμικό.
Μάθετε πώς να αποκτήσετε αυτήν την ενέργεια και οι πυρηνικοί σταθμοί, μαζί με τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, θα πάνε στον κάδο των σκουπιδιών της ιστορίας. Τι είναι το κενό; Ίσως αυτός είναι ο ίδιος αιθέρας, εκείνη η μυστηριώδης δύναμη για την οποία μίλησε ο απίστευτος Σέρβος Τέσλα, δεκαετίες, και ίσως αιώνες πριν από την εποχή του.
Άπειρη Ενέργεια
Φανταστείτε ότι κυριολεκτικά σε απόσταση αναπνοής βρίσκεται ένας ωκεανός εκπληκτικής, ατελείωτης και εξαιρετικά φθηνής ενέργειας. Απλοποίηση όσο το δυνατόν περισσότερο - ηλεκτρική σκούπα. Αν καταφέρουμε να κατακτήσουμε τη δυνατότητα μιας ευρείας εφαρμογής των δυνατοτήτων του φυσικού κενού, και οι εργασίες που αυτή τη στιγμή φαίνονται να είναι στα όρια του αδύνατου θα περάσουν στην ενότητα των καθημερινών. Ανάπτυξη ηλιακό σύστημα, προς το παρόν περιορισμένη σε δειλές εξόδους με drone και παγωμένα έργα για επανδρωμένες αποστολές, θα μπορούσε να μετατραπεί σε μια οικονομικά κερδοφόρα επιχείρηση. Και όπου υπάρχει κέρδος, οι πόροι πηγαίνουν εκεί.
Οι αποστολές πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα θα γίνονταν αρκετά πιθανές, ειδικά αν τα ουτοπικά όνειρα των συγγραφέων επιστημονικής φαντασίας για το ταξίδι σε έναν μυθικό «υποχώρο» ενσωματώνονταν μέσω της χρήσης ενός πολύ πραγματικού υποχώρου - του κενού. Και η ταχύτητα του φωτός, που συνηθίζουμε να θεωρούμε απόλυτη, θα έπαυε να έχει καθοριστική σημασία. Η ταχύτητα στο κενό, πιθανότατα, θα γινόταν η ίδια σύμβαση με τον γραμμικό χρόνο. Μπορείς να λάβεις υπόψη σου, αλλά μπορείς να κινηθείς.
Και ναι, τι είναι το κενό; Αυτό είναι ένα όνειρο. Το μπλε όνειρο της ανθρωπότητας για τη χρυσή εποχή της επιστήμης και της υψηλής τεχνολογίας. Είναι εφικτό; Αρκετά. Ακόμη και πριν από πενήντα χρόνια, ένας σύγχρονος υπολογιστής tablet θα φαινόταν αληθινή μαγεία, αλλά σήμερα είναι κοινός τόπος. Όλα εξαρτώνται μόνο από εμάς.
Δύο ηλεκτρικές σκούπες - επιλέξτε ανάλογα με το γούστο σας
Έτσι, ανακαλύψαμε ότι ο ίδιος όρος «κενό» σημαίνει δύο εντελώς διαφορετικά πράγματα. Το τεχνικό κενό είναι ένα σπάνιο μέσο σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, το οποίο μπορεί να βρεθεί τόσο έξω ατμόσφαιρα της γης, και σε μια τετριμμένη αντλία νερού που ποτίζει τον κήπο σας λόγω της διαφοράς πίεσης.
Το δεύτερο κενό, το φυσικό, είναι ένα είδος μέσου που δεν έχει ανάλογα στο υλικό μας σύμπαν, ίσως η θεμελιώδης αρχή οποιασδήποτε ύλης, μια πιθανή πηγή άπειρης ενέργειας. Ο αιθέρας του Τέσλα και η δύναμη των αρχαίων μάγων - με αρκετή φαντασία, αυτή η λίστα μπορεί να συνεχιστεί.
Τι μπορεί να ειπωθεί τελικά; Ό,τι κι αν αναφέρεται ο όρος «κενό», είναι γεμάτο με ένα δελεαστικό μυστήριο.
Πού θα πάρουμε απαντήσεις - στις τεράστιες εκτάσεις του διαστήματος ή στη «γειτονική διάσταση»; Μόνο ο χρόνος θα δείξει.
Κενό(Αγγλικά) κενό, Γερμανικά κενό, από λατ. κενό- κενό) είναι ένας φυσικός όρος πολλαπλών τιμών, ο οποίος, ανάλογα με το περιβάλλον, μπορεί να σημαίνει:
- Μια σπάνια κατάσταση ενός αερίου. Ένα τέτοιο κενό ονομάζεται μερικός. Διακρίνετε το υψηλό, το μεσαίο και το χαμηλό κενό. υψηλόςονομάζεται κενό, στο οποίο η μέση ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου υπερβαίνει τις γραμμικές διαστάσεις του δοχείου στο οποίο περιέχεται το αέριο. αν η ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου και οι γραμμικές διαστάσεις του δοχείου είναι ανάλογες ποσότητες, τότε το κενό λέγεται Μεσαίοκαι αν η ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου είναι μικρότερη από τις γραμμικές διαστάσεις του δοχείου - χαμηλός.
- Μια εξιδανικευμένη αφαίρεση, ένας χώρος στον οποίο δεν υπάρχει καμία απολύτως ουσία. Ένα τέτοιο κενό ονομάζεται ιδανικό.
- Φυσικό σύστημα χωρίς σωματίδια και κβάντα πεδίου. Αυτή είναι η χαμηλότερη κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος, στο οποίο η ενέργειά του είναι ελάχιστη, που ονομάζεται κατάσταση κενού. Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας για ένα τέτοιο κενό, ένα ορισμένο μέρος των φυσικών μεγεθών δεν μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια.
Το μερικό κενό με την εφεύρεση των λαμπτήρων πυρακτώσεως και των σωλήνων κενού στις αρχές του 20ου αιώνα άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία. Ένας σημαντικός αριθμός φυσικών πειραμάτων διεξάγεται σε κενό: η απουσία αέρα ή ατμόσφαιρας διαφορετικής σύνθεσης καθιστά δυνατή τη μείωση των ανεπιθύμητων εξωτερικών επιπτώσεων στο αντικείμενο μελέτης. Το ενδιαφέρον για τη μελέτη του κενού αυξήθηκε μετά τον διαστημικό περίπατο του ανθρώπου. Ο κοντά στη Γη και ο διαπλανητικός χώρος είναι ένα πολύ σπάνιο αέριο, το οποίο μπορεί να χαρακτηριστεί ως κενό.
Η έρευνα στο κενό ξεκίνησε με τη δημιουργία του «κενού Torricelli» (ru) από τον Ιταλό φυσικό Evangelista Torricelli στα μέσα του 17ου αιώνα.
τεχνικό κενό
Τεχνικόςονομάζεται το μερικό κενό που σχηματίζεται σε επίγειες συνθήκες. Το σύνολο των εργαλείων που χρησιμοποιούνται σε αυτό ονομάζεται τεχνολογία κενού. Η κύρια θέση μεταξύ των εργαλείων της τεχνολογίας κενού καταλαμβάνεται από αντλίες διαφόρων σχεδίων και αρχών λειτουργίας.
Το κύριο εργαλείο για τη δημιουργία χαμηλό κενόείναι μια αντλία θετικού εκτοπίσματος. Η αρχή της λειτουργίας του είναι να αυξάνει και να μειώνει κυκλικά τον όγκο του αερίου στο δοχείο. Κατά τη φάση διαστολής, την αναρρόφηση, το αέριο στο δοχείο διαστέλλεται για να γεμίσει επιπλέον όγκο, ο οποίος στη συνέχεια κόβεται και αποβάλλεται.
Δημιουργία υψηλόςκαι εξαιρετικά υψηλό κενόείναι ένα δύσκολο τεχνικό πρόβλημα. Όταν υπάρχουν λίγα μόρια αερίου στον θάλαμο κενού, υπάρχουν προβλήματα που σχετίζονται με μόλυνση του θαλάμου με μόρια λαδιού, ανεπαρκή πυκνότητα παρεμβύσματος, απαέρωση των τοιχωμάτων του αγγείου και παρόμοια.
Οι αντλίες διάχυσης χρησιμοποιούνται για να επιτευχθεί υψηλό κενό. Η αρχή λειτουργίας των αντλιών αυτού του τύπου βασίζεται στο γεγονός ότι τα μόρια αερίου δεν διαχέονται ενάντια στη ροή. Επομένως, οι αντλίες διάχυσης χρησιμοποιούν έναν πίδακα για να τραβήξουν μόρια αερίου από έναν θάλαμο κενού.
Οι αντλίες σύλληψης επιτρέπουν την επίτευξη ακόμη υψηλότερων κενού. Η δράση τους μπορεί να βασίζεται σε διάφορες φυσικές και χημικές αρχές: χρήση κρυογονικών αντλιών χαμηλή θερμοκρασία, για συμπύκνωση αερίου σε δοχείο, σε χημικές αντλίες, δεσμεύονται μόρια αερίου χημικάή προσροφάται στην επιφάνεια, σε αντλίες ιονισμού, το αέριο σε θάλαμο κενού ιονίζεται και εξάγεται χρησιμοποιώντας ισχυρά ηλεκτρικά πεδία.
Οι πραγματικές εγκαταστάσεις κενού αποτελούνται από έναν συνδυασμό αντλιών διαφόρων τύπων, καθεμία από τις οποίες εκτελεί το καθήκον της και λειτουργεί σε διαφορετικό βαθμό αραίωσης αερίου στον θάλαμο κενού. Τα εργαλεία τεχνολογίας κενού περιλαμβάνουν επίσης διάφορα όργανα μέτρησηςχρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ποιότητας του κενού που δημιουργείται.
φυσικό κενό
φυσικό κενόονομάζεται η εξιδανικευμένη έννοια του χώρου στον οποίο δεν υπάρχουν σωματίδια. Είναι αδύνατο να επιτευχθεί μια τέτοια κατάσταση πειραματικά· μεμονωμένα άτομα και ιόντα υπάρχουν ακόμη και σε εξαιρετικά σπάνιο διαγαλαξιακό χώρο. Η αφηρημένη έννοια του φυσικού κενού χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό της ταχύτητας του φωτός, ως την ταχύτητα διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης σε ένα κενό χωρίς σωματίδια.
Αν και μπορεί να φαίνεται ότι ο κενός χώρος είναι το απλούστερο φυσικό σύστημα, στην πραγματικότητα δεν είναι. Η ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής έδειξε ότι το κενό είναι ένα πολύπλοκο φυσικό αντικείμενο, οι ιδιότητες του οποίου δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές.
Πρώτον, το κενό, ίσως γεμάτο με μηδενικές ταλαντώσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Τα κβάντα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι φωτόνια, σωματίδια που ανήκουν σε μποζόνια. Οι κυματοσυναρτήσεις των μποζονίων στη χαμηλή κατάσταση δεν είναι ίσες με μηδέν. Κατά τον κβαντισμό του πεδίου των μποζονίων, αντιμετωπίζονται ως αρμονικοί ταλαντωτές. Στη θεμελιώδη κατάσταση, τα μποζόνια δεν έχουν μόνο μη μηδενική κυματική συνάρτηση, αλλά και μη μηδενική ενέργεια. Έτσι, το κενό γεμίζει με μηδενικές ταλαντώσεις διαφόρων τρόπων του ηλεκτρομαγνητικού και άλλων μποσονικών πεδίων με όλα τα πιθανά διανύσματα κυμάτων, τις κατευθύνσεις διάδοσης και τις πολώσεις. Κάθε ένας από αυτούς τους τρόπους έχει μια ενέργεια, πού είναι η συνοπτική σταθερά του Planck, ε; - κυκλική συχνότητα. Αυτό δημιουργεί το πρόβλημα της ενέργειας του κενού, αφού υπάρχουν άπειροι τέτοιοι τρόποι λειτουργίας και η συνολική ενέργεια κενού πρέπει να είναι άπειρη. Ωστόσο, φυσικά πειράματα, ιδιαίτερα η μετατόπιση Lamb και το φαινόμενο Casimir, δείχνουν ότι οι ταλαντώσεις μηδενικού σημείου του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου είναι πραγματικότητα και ότι μπορούν να αλληλεπιδράσουν με άλλα φυσικά αντικείμενα.
Μια άλλη ιδέα που περιπλέκει περαιτέρω την κατανόηση του κενού σχετίζεται με την εξίσωση Dirac, η οποία περιγράφει ένα σχετικιστικό κβαντικό σωματίδιο, συγκεκριμένα ένα ηλεκτρόνιο.Η εξίσωση Dirac για ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο έχει τέσσερις αποσυνδέσεις, δύο από αυτές με αρνητική ενέργεια. Ο Paul Dirac έδειξε ότι χρησιμοποιώντας τη λειτουργία σύζευξης φορτίου, αυτές οι αποσυνδέσεις μπορούν να αντιμετωπιστούν ως αποζεύξεις με θετική ενέργεια, αλλά για ένα σωματίδιο με αντίθετο, θετικό φορτίο, δηλ. ηλεκτρονικά αντισωματίδια. Ένα τέτοιο αντισωματίδιο ανακαλύφθηκε πειραματικά και ονομάστηκε ποζιτρόνιο.
Η ερμηνεία του Dirac είναι παρόμοια με αυτή των ημιαγωγών. Τα σωματίδια είναι ηλεκτρόνια, ανάλογα με τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας, ενώ τα αντισωματίδια, τα ποζιτρόνια, είναι ανάλογα με τις τρύπες. Στη θεμελιώδη κατάσταση, που αντιστοιχεί στο κενό, γεμίζονται όλες οι ενεργειακές καταστάσεις με αρνητική ενέργεια και το ποζιτρόνιο αντιστοιχεί σε μια απλήρωτη κατάσταση.
Όταν εξετάζουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, είναι συχνά απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα σχηματισμού εικονικών ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων από το κενό.
Και η τεχνική με αυτό σημαίνει ένα περιβάλλον στο οποίο το αέριο περιέχεται σε πίεση μικρότερη από την ατμοσφαιρική. Ποια είναι τα σπάνια αέρια όταν ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά;
Σελίδες ιστορίας
Η ιδέα του κενού υπήρξε αντικείμενο διαμάχης για πολλούς αιώνες. Τα σπάνια αέρια προσπάθησαν να αναλύσουν τους αρχαίους Έλληνες και Ρωμαίους φιλοσόφους. Ο Δημόκριτος, ο Λουκρήτιος, οι μαθητές τους πίστευαν: αν δεν υπήρχε ελεύθερος χώρος μεταξύ των ατόμων, η κίνησή τους θα ήταν αδύνατη.
Ο Αριστοτέλης και οι οπαδοί του διέψευσαν αυτή την έννοια, κατά τη γνώμη τους, δεν πρέπει να υπάρχει «κενό» στη φύση. Κατά τον Μεσαίωνα στην Ευρώπη, η ιδέα του «φόβου του κενού» έγινε προτεραιότητα, χρησιμοποιήθηκε για θρησκευτικούς σκοπούς.
Μηχανική Αρχαία Ελλάδακατά τη δημιουργία τεχνικών συσκευών με βάση Για παράδειγμα, αντλίες νερού, οι οποίες λειτουργούσαν κατά τη δημιουργία κενού πάνω από το έμβολο, εμφανίστηκαν την εποχή του Αριστοτέλη.
Η σπάνια κατάσταση του αερίου, ο αέρας, έγινε η βάση για την κατασκευή αντλιών κενού με έμβολα, οι οποίες σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία.
Το πρωτότυπο τους ήταν η περίφημη έμβολη σύριγγα του Ήρωνα της Αλεξάνδρειας, την οποία δημιούργησε για να βγάζει πύον.
Στα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα, αναπτύχθηκε ο πρώτος θάλαμος κενού και έξι χρόνια αργότερα, ο Γερμανός επιστήμονας Otto von Guerick κατάφερε να εφεύρει την πρώτη αντλία κενού.
Αυτός ο κύλινδρος εμβόλου εκκένωσης εύκολα αέρα από ένα σφραγισμένο δοχείο, δημιουργώντας ένα κενό εκεί. Αυτό κατέστησε δυνατή τη μελέτη των κύριων χαρακτηριστικών του νέου κράτους, την ανάλυση των λειτουργικών του ιδιοτήτων.
τεχνικό κενό
Στην πράξη, η αραιωμένη κατάσταση του αερίου, του αέρα ονομάζεται τεχνικό κενό. Σε μεγάλους όγκους, είναι αδύνατο να επιτευχθεί μια τέτοια ιδανική κατάσταση, καθώς σε μια ορισμένη θερμοκρασία τα υλικά έχουν μη μηδενική πυκνότητα κορεσμένων ατμών.
Ο λόγος για την αδυναμία λήψης ιδανικού κενού είναι επίσης η μετάδοση αερίων ουσιών από γυαλί, μεταλλικά τοιχώματα αγγείων.
Σε μικρές ποσότητες είναι πολύ πιθανό να ληφθούν σπάνια αέρια. Ως μέτρο της σπανιότητας, χρησιμοποιείται η ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου που συγκρούονται τυχαία, καθώς και το γραμμικό μέγεθος του χρησιμοποιούμενου δοχείου.
Μεταξύ της αντλίας υψηλού κενού και του ατμοσφαιρικού αέρα, τοποθετείται μια εμπρόσθια απόθεση κενού, η οποία δημιουργεί ένα προκαταρκτικό κενό. Σε περίπτωση επακόλουθης μείωσης στον θάλαμο πίεσης, παρατηρείται αύξηση του μήκους διαδρομής των σωματιδίων μιας αέριας ουσίας.
Σε τιμές πίεσης από 10 -9 Pa, δημιουργείται ένα εξαιρετικά υψηλό κενό. Αυτά τα σπάνια αέρια είναι που χρησιμοποιούνται για τη διεξαγωγή πειραμάτων χρησιμοποιώντας σάρωση
Είναι δυνατό να επιτευχθεί μια τέτοια κατάσταση στους πόρους ορισμένων κρυστάλλων ακόμη και σε ατμοσφαιρική πίεση, καθώς η διάμετρος των πόρων είναι πολύ μικρότερη από τη μέση ελεύθερη διαδρομή ενός ελεύθερου σωματιδίου.
Όργανα με βάση το κενό
Η αραιωμένη κατάσταση του αερίου χρησιμοποιείται ενεργά σε συσκευές που ονομάζονται αντλίες κενού. Οι δέκτες χρησιμοποιούνται για την αναρρόφηση αερίων και την απόκτηση συγκεκριμένου βαθμού κενού. Η τεχνολογία κενού περιλαμβάνει επίσης πολυάριθμες συσκευές που είναι απαραίτητες για τον έλεγχο και τη μέτρηση αυτής της κατάστασης, καθώς και για τον έλεγχο αντικειμένων, για την εκτέλεση διαφόρων τεχνολογικών διεργασιών. Οι πιο περίπλοκες τεχνικές συσκευές που χρησιμοποιούν σπάνια αέρια είναι οι αντλίες υψηλού κενού. Για παράδειγμα, οι συσκευές διάχυσης λειτουργούν με βάση την κίνηση των υπολειμματικών μορίων αερίου υπό τη δράση μιας λειτουργικής ροής αερίου. Ακόμη και στην περίπτωση ενός ιδανικού κενού, υπάρχει μικρή θερμική ακτινοβολία όταν επιτευχθεί η τελική θερμοκρασία. Αυτό εξηγεί τις κύριες ιδιότητες των αραιωμένων αερίων, για παράδειγμα, την έναρξη της θερμικής ισορροπίας μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα μεταξύ του σώματος και των τοιχωμάτων του θαλάμου κενού.
Ένα σπάνιο μονοατομικό αέριο είναι ένας εξαιρετικός θερμικός μονωτήρας. Σε αυτό, η μεταφορά θερμικής ενέργειας πραγματοποιείται μόνο με τη βοήθεια ακτινοβολίας, δεν παρατηρείται θερμική αγωγιμότητα και συναγωγή. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε (θερμόζες), που αποτελούνται από δύο δοχεία, μεταξύ των οποίων υπάρχει κενό.
Το κενό έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε ραδιοσωλήνες, για παράδειγμα, μαγνητρόνια κινεσόπιων, φούρνους μικροκυμάτων.
φυσικό κενό
Στην κβαντική φυσική, μια τέτοια κατάσταση νοείται ως η βασική (χαμηλότερη) ενεργειακή κατάσταση του κβαντικού πεδίου, η οποία χαρακτηρίζεται από μηδενικές τιμές
Σε αυτή την κατάσταση, ένα μονοατομικό αέριο δεν είναι εντελώς άδειο. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, τα εικονικά σωματίδια εμφανίζονται συστηματικά και εξαφανίζονται στο φυσικό κενό, το οποίο προκαλεί μηδενικές ταλαντώσεις των πεδίων.
Θεωρητικά, πολλά διαφορετικά κενά μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα, τα οποία διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την ενεργειακή πυκνότητα, καθώς και με άλλους τρόπους. φυσικά χαρακτηριστικά. Αυτή η ιδέα έγινε η βάση για τη θεωρία της πληθωριστικής μεγάλης έκρηξης.
ψευδές κενό
Με αυτό εννοείται η κατάσταση του πεδίου στην κβαντική θεωρία, η οποία δεν είναι μια κατάσταση με ελάχιστη ενέργεια. Είναι σταθερό για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Υπάρχει πιθανότητα «σήραγγας» μιας ψευδούς κατάστασης σε πραγματικό κενό όταν επιτευχθούν οι απαιτούμενες τιμές των βασικών φυσικών μεγεθών.
Χώρος
Διαφωνώντας για το τι σημαίνει αραιωμένο αέριο, είναι απαραίτητο να σταθούμε στην έννοια του «κοσμικού κενού». Μπορεί να θεωρηθεί κοντά στο φυσικό κενό, αλλά υπάρχει στον διαστρικό χώρο. Οι πλανήτες, οι φυσικοί τους δορυφόροι, πολλά αστέρια έχουν ορισμένες ελκυστικές δυνάμεις που κρατούν την ατμόσφαιρα σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Καθώς απομακρύνεστε από την επιφάνεια ενός αστρικού αντικειμένου, η πυκνότητα του σπάνιου αερίου αλλάζει.
Για παράδειγμα, υπάρχει η γραμμή Κάρμαν, η οποία θεωρείται κοινός ορισμός με το εξωτερικό διάστημα των ορίων του πλανήτη. Πίσω από αυτό, η τιμή της πίεσης του ισοτροπικού αερίου μειώνεται απότομα σε σύγκριση με την ηλιακή ακτινοβολία και τη δυναμική πίεση του ηλιακού ανέμου, επομένως είναι δύσκολο να ερμηνευθεί η πίεση ενός αραιωμένου αερίου.
Υπάρχουν πολλά φωτόνια στο διάστημα, λείψανα νετρίνα που είναι δύσκολο να ανιχνευθούν.
Χαρακτηριστικά μέτρησης
Ο βαθμός κενού συνήθως καθορίζεται από την ποσότητα της ουσίας που παραμένει στο σύστημα. Το κύριο χαρακτηριστικό της μέτρησης αυτής της κατάστασης είναι η απόλυτη πίεση, επιπλέον, λαμβάνει υπόψη χημική σύνθεσηαέριο, η θερμοκρασία του.
Μια σημαντική παράμετρος για το κενό είναι το μέσο μήκος διαδρομής των αερίων που παραμένουν στο σύστημα. Υπάρχει μια διαίρεση του κενού σε ορισμένες περιοχές σύμφωνα με την τεχνολογία που είναι απαραίτητη για τις μετρήσεις: ψευδής, τεχνική, φυσική.
σχηματισμός κενού
Πρόκειται για την παραγωγή προϊόντων από σύγχρονα θερμοπλαστικά υλικά σε θερμή μορφή με χρήση χαμηλής πίεσης αέρα ή κενού.
Η διαμόρφωση κενού θεωρείται μέθοδος σχεδίασης, ως αποτέλεσμα της οποίας το πλαστικό φύλλο που βρίσκεται πάνω από τη μήτρα θερμαίνεται σε μια συγκεκριμένη τιμή θερμοκρασίας. Στη συνέχεια, το φύλλο επαναλαμβάνει το σχήμα της μήτρας, αυτό οφείλεται στη δημιουργία κενού μεταξύ αυτού και του πλαστικού.
Συσκευές ηλεκτρικού κενού
Είναι συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για να δημιουργούν, να ενισχύουν και επίσης να μετατρέπουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Σε μια τέτοια συσκευή, ο αέρας αφαιρείται από τον χώρο εργασίας και για προστασία από περιβάλλονχρησιμοποιείται αδιαπέραστο κάλυμμα. Παραδείγματα τέτοιων συσκευών είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές κενού, όπου τα ηλεκτρόνια χωρούν σε κενό. Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως μπορούν επίσης να θεωρηθούν συσκευές κενού.
Αέρια σε χαμηλές πιέσεις
Ένα αέριο λέγεται ότι είναι αραιωμένο εάν η πυκνότητά του είναι αμελητέα και η μοριακή διαδρομή είναι συγκρίσιμη με τις διαστάσεις του δοχείου στο οποίο βρίσκεται το αέριο. Σε μια τέτοια κατάσταση, παρατηρείται μείωση του αριθμού των ηλεκτρονίων αναλογικά με την πυκνότητα του αερίου.
Στην περίπτωση ενός αερίου υψηλής σπανίωσης, πρακτικά δεν υπάρχει εσωτερική τριβή. Αντίθετα, εμφανίζεται εξωτερική τριβή του κινούμενου αερίου στα τοιχώματα, η οποία εξηγείται από την αλλαγή της ορμής των μορίων όταν συγκρούονται με το δοχείο. Σε μια τέτοια κατάσταση, υπάρχει άμεση αναλογία μεταξύ της ταχύτητας των σωματιδίων και της πυκνότητας του αερίου.
Στην περίπτωση χαμηλού κενού, παρατηρούνται συχνές συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων αερίου σε πλήρη όγκο, οι οποίες συνοδεύονται από σταθερή ανταλλαγή θερμικής ενέργειας. Αυτό εξηγεί το φαινόμενο μεταφοράς (διάχυση, θερμική αγωγιμότητα), το οποίο χρησιμοποιείται ενεργά στη σύγχρονη τεχνολογία.
Λήψη σπάνιας αερίων
Η επιστημονική μελέτη και ανάπτυξη συσκευών κενού ξεκίνησε στα μέσα του δέκατου έβδομου αιώνα. Το 1643, ο Ιταλός Torricelli κατάφερε να καθορίσει την αξία ατμοσφαιρική πίεση, και μετά την εφεύρεση μιας μηχανικής αντλίας εμβόλου με ειδική σφράγιση νερού από τον O. Guericke, εμφανίστηκε μια πραγματική ευκαιρία για τη διεξαγωγή πολυάριθμων μελετών για τα χαρακτηριστικά ενός αραιωμένου αερίου. Παράλληλα, μελετήθηκαν οι δυνατότητες της επίδρασης του κενού στα έμβια όντα. Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε κενό με ηλεκτρική εκκένωση συνέβαλαν στην ανακάλυψη ενός αρνητικού ηλεκτρονίου, ακτινοβολίας ακτίνων Χ.
Χάρη στη θερμομονωτική ικανότητα του κενού, κατέστη δυνατή η εξήγηση των μεθόδων μεταφοράς θερμότητας, η χρήση θεωρητικών πληροφοριών για την ανάπτυξη της σύγχρονης κρυογονικής τεχνολογίας.
Εφαρμογή κενού
Το 1873 εφευρέθηκε η πρώτη συσκευή ηλεκτροκενού. Έγιναν ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως, που δημιουργήθηκε από τον Ρώσο φυσικό Lodygin. Από τότε, η πρακτική χρήση της τεχνολογίας κενού έχει επεκταθεί, νέες μέθοδοι έχουν εμφανιστεί για την απόκτηση, καθώς και τη μελέτη αυτής της κατάστασης.
Σε σύντομο χρονικό διάστημα δημιούργησαν διαφορετικά είδηαντλίες κενού:
- περιστροφικός;
- κρυοπροσρόφηση;
- μοριακός;
- διάχυση.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, ο ακαδημαϊκός Lebedev κατάφερε να βελτιώσει τα επιστημονικά θεμέλια της βιομηχανίας κενού. Μέχρι τα μέσα του περασμένου αιώνα, οι επιστήμονες δεν επέτρεπαν τη δυνατότητα απόκτησης πίεσης μικρότερης από 10-6 Pa.
Επί του παρόντος, κατασκευάζονται εξ ολοκλήρου μεταλλικά για την αποφυγή διαρροής. Οι κρυογονικές αντλίες κενού χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε ερευνητικά εργαστήρια, αλλά και σε διάφορες βιομηχανίες.
Για παράδειγμα, μετά την ανάπτυξη ειδικών μέσων εκκένωσης που δεν μολύνουν το χρησιμοποιούμενο αντικείμενο, έχουν εμφανιστεί νέες προοπτικές για τη χρήση της τεχνολογίας κενού. Στη χημεία, τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται ενεργά για ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των ιδιοτήτων του διαχωρισμού ενός μείγματος σε συστατικά, ανάλυση του ρυθμού διαφόρων διεργασιών.
