طبق تعریفی که در فیزیک وجود دارد، مفهوم «خلاء» به معنای عدم وجود هر گونه ماده و عناصر ماده در یک فضای معین است، در این مورد از خلاء مطلق صحبت می شود. خلاء جزئی زمانی مشاهده می شود که چگالی ماده در یک مکان معین در فضا کم باشد. بیایید نگاهی دقیق تر به این موضوع در مقاله بیندازیم.
خلاء و فشار
در تعریف مفهوم "خلاء مطلق" در مورد چگالی ماده صحبت می کنیم. از علم فیزیک مشخص است که اگر ماده گازی در نظر گرفته شود، چگالی ماده با فشار نسبت مستقیم دارد. به نوبه خود، هنگامی که از خلاء جزئی صحبت می شود، به این نتیجه می رسد که چگالی ذرات ماده در یک فضای معین کمتر از چگالی هوا در فشار اتمسفر معمولی است. به همین دلیل است که مسئله خلاء مسئله فشار در سیستم مورد نظر است.
در فیزیک، فشار مطلق کمیتی برابر با نسبت نیرو است.(اندازه گیری شده بر حسب نیوتن (N))، که به صورت عمود بر روی سطحی اعمال می شود، به مساحت این سطح (برحسب متر مربع اندازه گیری می شود)، یعنی P=F / S، جایی که P فشار است، F نیرو است. S مساحت سطح است. واحد فشار پاسکال (Pa) است، بنابراین 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
خلاء جزئی
به طور تجربی ثابت شده است که در دمای 20 درجه سانتیگراد در سطح زمین در سطح دریا، فشار اتمسفر 101325 Pa است. این فشار اتمسفر اول (اتمسفر) نامیده می شود. تقریباً می توان گفت که فشار 1 atm است. برابر با 0.1 مگاپاسکال است. در پاسخ به این سوال که در 1 پاسکال چند اتمسفر وجود دارد، نسبت مربوطه را تشکیل می دهیم و 1 Pa=10-5 اتمسفر را بدست می آوریم. خلاء جزئی مربوط به هر فشاری در فضای مورد نظر است که کمتر از 1 atm باشد.
اگر ارقام نشان داده شده را از زبان فشار به زبان تعداد ذرات ترجمه کنیم، باید گفت که در 1 atm. 1 m3 هوا حاوی تقریباً 1025 مولکول است. هر گونه کاهش در غلظت نام برده شده مولکول ها منجر به تشکیل یک خلاء جزئی می شود.
اندازه گیری خلاء
متداول ترین وسیله برای اندازه گیری خلاء کوچک یک فشارسنج معمولی است که فقط زمانی می توان از آن استفاده کرد که فشار گاز چند ده درصد اتمسفر باشد.
برای اندازه گیری مقادیر بیشتر خلاء، از یک مدار الکتریکی با پل وتستون استفاده می شود. ایده استفاده اندازه گیری استمقاومت عنصر حسگر که به غلظت مولکول های اطراف در گاز بستگی دارد. هر چه این غلظت بیشتر باشد، مولکول های بیشتری به عنصر حسگر برخورد می کنند و هر چه گرمای بیشتری به آنها منتقل شود، منجر به کاهش دمای عنصر می شود که بر مقاومت الکتریکی آن تأثیر می گذارد. این دستگاه می تواند خلاء را با فشار 0.001 اتمسفر اندازه گیری کند.
پیشینه تاریخی
جالب است بدانید که مفهوم «خلاء مطلق» توسط فیلسوفان مشهور یونان باستان، مانند ارسطو، کاملاً رد شده است. علاوه بر این، وجود فشار اتمسفر تا آغاز قرن هفدهم شناخته شده نبود. تنها با ظهور عصر جدید، آزمایش‌هایی با لوله‌های پر از آب و جیوه شروع شد که نشان داد جو زمین بر تمام اجسام اطراف فشار وارد می‌کند. به طور خاص، در سال 1648، بلز پاسکال توانست فشار را با استفاده از فشارسنج جیوه ای در ارتفاع 1000 متری از سطح دریا اندازه گیری کند. مقدار اندازه گیری شده بسیار کمتر از سطح دریا بود، بنابراین دانشمند وجود فشار اتمسفر را ثابت کرد.
اولین آزمایشی که به وضوح قدرت فشار اتمسفر را نشان داد و همچنین بر مفهوم خلاء تأکید داشت در سال 1654 در آلمان انجام شد که اکنون به عنوان آزمایش کره ماگدبورگ شناخته می شود. در سال 1654، فیزیکدان آلمانی Otto von Guericke توانست دو نیمکره فلزی با قطر تنها 30 سانتی متر را محکم به هم متصل کند و سپس هوا را از ساختار حاصل پمپاژ کند و در نتیجه ایجاد کند.خلاء جزئی داستان حکایت از آن دارد که دو تیم 8 اسبی هر کدام که در جهت مخالف یکدیگر می‌کشیدند، نتوانستند این کره‌ها را از هم جدا کنند.
خلاء مطلق: آیا وجود دارد؟
به عبارت دیگر، آیا مکانی در فضا وجود دارد که حاوی هیچ ماده ای نباشد. فناوری‌های مدرن ایجاد خلاء 10-10 Pa و حتی کمتر را ممکن می‌سازد، اما این فشار مطلق به این معنی نیست که ذرات ماده در سیستم مورد بررسی باقی نمانده است.
بیایید اکنون به خالی ترین فضای کیهان بپردازیم - به فضای باز. فشار در خلاء فضا چقدر است؟ فشار در فضای بیرونی اطراف زمین 10-8 Pa است، در این فشار حدود 2 میلیون مولکول در حجم 1 سانتی متر وجود دارد3. اگر در مورد فضای بین کهکشانی صحبت کنیم، به گفته دانشمندان، حتی در آن حداقل 1 اتم در حجم 1 سانتی متر وجود دارد3. علاوه بر این، جهان ما با تشعشعات الکترومغناطیسی نفوذ کرده است که حامل آن فوتون ها هستند. تابش الکترومغناطیسی انرژی است که طبق فرمول معروف انیشتین می تواند به جرم مربوطه تبدیل شود (E=mc22
)، یعنی انرژی همراه با ماده حالتی از ماده است.. این منجر به این نتیجه می شود که هیچ خلاء مطلقی در جهان شناخته شده برای ما وجود ندارد.
