Was wissen wir über Vakuum?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-07 16:25

Im engeren Sinne ist ein Vakuum ein Raumbereich, in dem Materie völlig fehlt. Dieser Begriff steht für absolute Leere, und sein Hauptproblem besteht darin, dass er einen idealen Zustand beschreibt, der in der realen Welt nicht existieren kann.

Niemand hat bisher einen Weg gefunden, ein solches ideales Vakuum unter irdischen Bedingungen zu erzeugen, und aus diesem Grund wird der Begriff auch verwendet, um leere Raumbereiche zu beschreiben. Aber es gibt noch ein Vakuum in Bereichen, die unserem täglichen Leben etwas näher sind. Wir sagen Ihnen in einfachen Worten, was es ist.

In den meisten Fällen ist ein Vakuum ein Behälter, aus dem alle Gase, einschließlich Luft, so weit wie möglich entfernt werden. Tatsächlich kommt der Weltraum einem idealen Vakuum am nächsten: Astronomen gehen davon aus, dass der Raum zwischen den Sternen in manchen Fällen nur aus einem Atom oder Molekül pro Kubikkilometer besteht.

Kein auf der Erde erzeugtes Vakuum kommt dieser Bedingung auch nur nahe.

Um über das "Erdvakuum" zu sprechen, müssen Sie sich an den Druck erinnern. Druck entsteht durch die Wirkung von Molekülen in einem Gas oder einer Flüssigkeit auf ihre Umgebung, normalerweise die Wände des Behälters, sei es eine Sodaflasche oder Ihr Schädel. Die Höhe des Drucks hängt von der Stärke der Schläge ab, die die Moleküle auf einem bestimmten Territorium "verursachen" und wird in "Newton pro Quadratmeter" gemessen - diese Maßeinheit hat einen speziellen Namen "Pascal".

Der Zusammenhang zwischen Druck (p), Kraft (F) und Fläche (A) wird durch folgende Gleichung bestimmt: p = F / A - es gilt unabhängig davon, ob der Druck gering ist, wie z. B. im Weltraum, oder sehr hoch, wie in hydraulischen Systemen.

Obwohl die Definition von Vakuum im Allgemeinen ungenau ist, bezieht sie sich normalerweise auf einen Druck unterhalb und oft weit unterhalb des Atmosphärendrucks. Wenn Luft aus einem geschlossenen Raum entfernt wird, entsteht ein Vakuum, was zu einem Druckabfall zwischen diesem Raum und der umgebenden Atmosphäre führt.

Wenn der Raum durch eine sich bewegende Oberfläche begrenzt wird, drückt der Atmosphärendruck die Wände zusammen – die Höhe der Haltekraft hängt von der Oberfläche und dem Vakuumniveau ab. Wenn mehr Luft entfernt wird, nimmt der Druckabfall zu und die potentielle Kraft des Vakuums nimmt ebenfalls zu.

Da es fast unmöglich ist, alle Luftmoleküle aus dem Behälter zu entfernen, ist es unmöglich, ein perfektes Vakuum zu erreichen.

Im industriellen und häuslichen Maßstab (zum Beispiel wenn Sie sich entscheiden, eine Winterdaunenjacke in Vakuumbeutel zu stecken) wird der Effekt durch den Einsatz von Vakuumpumpen oder Generatoren unterschiedlicher Größe erreicht, die Luft entfernen. Eine Kolben-in-Zylinder-Pumpe ist an einem geschlossenen Behälter angebracht und bei jedem Pumpenhub wird ein Teil des Gases aus dem Zylinder entfernt. Je länger die Pumpe läuft, desto besser wird das Vakuum im Tank erzeugt.

Jeder, der schon einmal Luft aus einer Tasche zum Aufbewahren von Kleidung evakuiert, den Deckel eines Plastikbehälters gedrückt hat, um Luft aus einem Behälter zu entweichen, oder Dosen gestellt hat (und sich auch für eine Vakuummassage entschieden hat), ist in seinem Leben auf ein Vakuum gestoßen. Aber das häufigste Beispiel für seine Verwendung ist natürlich ein normaler Haushaltsstaubsauger. Das Gebläse des Staubsaugers saugt ständig Luft aus dem Behälter, wodurch ein Unterdruck entsteht, und der Atmosphärendruck außerhalb des Staubsaugers drückt Luft in den Behälter und nimmt Staub und Schmutz mit, der von der Bürste an der Vorderseite des Staubsaugers aufgewirbelt wird Reiniger.

Ein weiteres Beispiel ist eine Thermoskanne. Eine Thermoskanne besteht aus zwei ineinander verschachtelten Flaschen, deren Zwischenraum ein Vakuum ist. In Abwesenheit von Luft wird die Wärme nicht so leicht zwischen den beiden Flaschen geleitet, wie dies normalerweise der Fall wäre. Dadurch speichern heiße Flüssigkeiten im Inneren des Behälters die Wärme, während kalte Flüssigkeiten kalt bleiben, weil Wärme nicht eindringen kann.

Das Vakuumniveau wird also durch die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum und der umgebenden Atmosphäre bestimmt. Die beiden wichtigsten Orientierungspunkte bei all diesen Messungen sind der Standard-Atmosphärendruck und das ideale Vakuum. Zur Messung des Vakuums können mehrere Einheiten verwendet werden, aber die übliche metrische Einheit ist Millibar oder mbar. Der Atmosphärendruck wird wiederum mit einem Barometer gemessen, das in seiner einfachsten Form aus einem evakuierten vertikalen Rohr mit einem geschlossenen oberen Ende und einem unteren Ende besteht, das sich in einem zur Atmosphäre offenen Quecksilberbehälter befindet.

Auf die freiliegende Oberfläche der Flüssigkeit wirkt atmosphärischer Druck, wodurch das Quecksilber in die Röhre aufsteigt. "Normaler" Atmosphärendruck ist der Druck gleich dem Gewicht einer 760 mm hohen Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 0,0 ° C, 45 ° Breite und Meereshöhe.

Das Vakuumniveau kann mit verschiedenen Arten von Manometern gemessen werden:

• Rohrfedermanometerist das kompakteste und am weitesten verbreitete Gerät - die Messung basiert auf der Verformung eines gebogenen elastischen Rohres beim Anlegen eines Vakuums am Manometeranschluss.
• Das elektronische Analogon ist Vakuummessgerät … Unterdruck oder Druck verformt eine elastische Metallmembran im Sensor, und diese Verbiegung verändert die elektrischen Eigenschaften des zusammengeschalteten Stromkreises - das Ergebnis ist ein elektronisches Signal, das das Vakuumniveau repräsentiert.
• U-Rohr-Manometer zeigt die Differenz zwischen zwei Drücken. In seiner einfachsten Form ist dieses Messgerät ein transparentes U-Rohr, das zur Hälfte mit Quecksilber gefüllt ist. Wenn an beiden Enden des Rohres Atmosphärendruck herrscht, ist der Quecksilbergehalt in jedem Bogen gleich. Durch das Anlegen eines Vakuums an einer Seite steigt das darin enthaltene Quecksilber und sinkt auf der anderen Seite - der Höhenunterschied zwischen den beiden Ebenen zeigt das Vakuumniveau an.

Auf den Skalen der meisten Manometer wird dem atmosphärischen Druck der Wert Null zugewiesen, daher sollten Vakuummessungen immer kleiner als Null sein.