ماذا نعرف عن الفراغ؟

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

بالمعنى الدقيق للكلمة ، فإن الفراغ هو منطقة من الفضاء تكون فيها المادة غائبة تمامًا. يمثل هذا المصطلح الفراغ المطلق ، ومشكلته الرئيسية هي أنه يصف حالة مثالية لا يمكن أن توجد في العالم الحقيقي.

لم يجد أحد حتى الآن طريقة لإنشاء فراغ مثالي من هذا النوع في الظروف الأرضية ، ولهذا السبب يستخدم المصطلح أيضًا لوصف المناطق الفارغة من الفضاء. ولكن لا يزال هناك فراغ في المناطق القريبة من حياتنا اليومية. سنخبرك ما هو بكلمات بسيطة.

في معظم الحالات ، يكون الفراغ عبارة عن حاوية يتم فيها إزالة جميع الغازات ، بما في ذلك الهواء ، قدر الإمكان. الفضاء الخارجي هو في الواقع الأقرب إلى الفراغ المثالي: يعتقد علماء الفلك أن الفضاء بين النجوم في بعض الحالات لا يتكون من أكثر من ذرة أو جزيء واحد لكل كيلومتر مكعب.

لا يوجد فراغ ينتج على الأرض حتى يقترب من هذه الحالة.

للحديث عن "فراغ الأرض" ، عليك أن تتذكر الضغط. ينشأ الضغط من تأثير الجزيئات في الغاز أو السائل على بيئتها ، وعادةً ما تكون جدران الوعاء المحتوي ، سواء كانت زجاجة صودا أو جمجمتك. يعتمد حجم الضغط على قوة الضربات التي "تلحقها" الجزيئات بمنطقة معينة ، ويتم قياسها بـ "نيوتن لكل متر مربع" - وحدة القياس هذه لها اسم خاص "باسكال".

يتم تحديد العلاقة بين الضغط (p) والقوة (F) والمساحة (A) بالمعادلة التالية: p = F / A - تنطبق بغض النظر عما إذا كان الضغط منخفضًا ، على سبيل المثال ، في الفضاء ، أو جدًا عالية ، كما هو الحال في الأنظمة الهيدروليكية.

بشكل عام ، على الرغم من أن تعريف الفراغ غير دقيق ، فإنه يشير عادةً إلى الضغط أدناه ، وغالبًا ما يكون أقل بكثير من الضغط الجوي. يتم إنشاء فراغ عندما تتم إزالة الهواء من مكان مغلق ، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط بين تلك المساحة والجو المحيط.

إذا كانت المساحة محدودة بسطح متحرك ، فإن الضغط الجوي سوف يضغط جدرانه معًا - يعتمد مقدار قوة الإمساك على مساحة السطح ومستوى الفراغ. مع إزالة المزيد من الهواء ، يزداد انخفاض الضغط وتزداد القوة المحتملة للفراغ أيضًا.

نظرًا لأنه يكاد يكون من المستحيل إزالة جميع جزيئات الهواء من الحاوية ، فمن المستحيل تحقيق فراغ مثالي.

على المستوى الصناعي والمنزلي (على سبيل المثال ، إذا قررت وضع سترة شتوية في أكياس مفرغة من الهواء) ، يتحقق التأثير باستخدام مضخات تفريغ أو مولدات بأحجام مختلفة ، والتي تزيل الهواء. يتم توصيل مضخة مكبس داخل أسطوانة بحاوية مغلقة ، ومع كل ضربة مضخة ، تتم إزالة جزء من الغاز من الأسطوانة. كلما طالت مدة تشغيل المضخة ، كلما تم إنشاء الفراغ في الخزان بشكل أفضل.

أي شخص قام بإخلاء الهواء من كيس لتخزين الملابس ، أو ضغط غطاء حاوية بلاستيكية لإخراج الهواء من الحاوية ، أو وضع العلب (وذهب أيضًا للتدليك بالفراغ) ، واجه فراغًا في حياته. لكن ، بالطبع ، المثال الأكثر شيوعًا لاستخدامه هو المكنسة الكهربائية المنزلية العادية. تقوم مروحة المكنسة الكهربائية بإزالة الهواء باستمرار من العلبة ، مما يخلق فراغًا جزئيًا ، ويدفع الضغط الجوي خارج المكنسة الكهربائية الهواء إلى داخل العلبة ، آخذًا معه الغبار والأوساخ التي تثيرها الفرشاة الموجودة في مقدمة المكنسة الكهربائية منظف.

مثال آخر هو الترمس.يتكون الترمس من زجاجتين متداخلتين داخل بعضهما البعض ، والمسافة بينهما عبارة عن فراغ. في حالة عدم وجود هواء ، لا تنتقل الحرارة بين الزجاجتين بسهولة كما هو معتاد. نتيجة لذلك ، تحتفظ السوائل الساخنة داخل الحاوية بالحرارة ، بينما تبقى السوائل الباردة باردة لأن الحرارة لا تستطيع اختراقها.

لذلك ، يتم تحديد مستوى الفراغ من خلال فرق الضغط بين الداخل والجو المحيط. المعلمان الرئيسيان في كل هذه القياسات هما الضغط الجوي القياسي والفراغ المثالي. يمكن استخدام عدة وحدات لقياس الفراغ ، ولكن الوحدة المترية الشائعة هي ميلي بار أو ملي بار. في المقابل ، يقاس الضغط الجوي بمقياس ضغط ، والذي يتكون في أبسط صوره من أنبوب رأسي مفرغ بنهاية علوية مغلقة وطرف سفلي ، يقع في وعاء به زئبق مفتوح في الغلاف الجوي.

يعمل الضغط الجوي على السطح المكشوف للسائل ، مما يؤدي إلى ارتفاع الزئبق في الأنبوب. الضغط الجوي "العادي" هو ضغط يساوي وزن عمود زئبق بارتفاع 760 مم عند درجة حرارة 0.0 درجة مئوية وخط عرض 45 درجة ومستوى سطح البحر.

يمكن قياس مستوى الفراغ بعدة أنواع من مقاييس الضغط:

• مقياس ضغط أنبوب بوردون هو الجهاز الأكثر ضغطًا والأكثر استخدامًا - يعتمد القياس على تشوه الأنبوب المرن المثني عند تطبيق فراغ على منفذ قياس الضغط.
• التناظرية الإلكترونية مقياس الفراغ … ينحرف الفراغ أو الضغط عن الحجاب الحاجز المعدني المرن في المستشعر ، وهذا الانحراف يغير الخصائص الكهربائية للدائرة المترابطة - والنتيجة هي إشارة إلكترونية تمثل مستوى الفراغ.
• مقياس ضغط أنبوب U يظهر الفرق بين ضغوطتين. في أبسط أشكاله ، هذا المقياس عبارة عن نصف أنبوب شفاف مملوء بالزئبق. عندما يكون كلا طرفي الأنبوب تحت الضغط الجوي ، يكون مستوى الزئبق في كل كوع هو نفسه. يؤدي تطبيق فراغ على جانب واحد إلى ارتفاع الزئبق فيه وانخفاضه على الجانب الآخر - يشير الاختلاف في الارتفاع بين المستويين إلى مستوى الفراغ.

في موازين معظم مقاييس الضغط ، يتم تعيين قيمة للضغط الجوي تساوي صفرًا ، لذلك يجب أن تكون قياسات الفراغ دائمًا أقل من الصفر.