Prema definiciji u fizici, koncept "vakuma" podrazumijeva odsutnost bilo koje tvari i elemenata materije u određenom prostoru, u ovom slučaju se govori o apsolutnom vakuumu. Djelomični vakuum se opaža kada je gustoća tvari na određenom mjestu u prostoru niska. Pogledajmo pobliže ovo pitanje u članku.
Vakum i pritisak
U definiciji pojma "apsolutni vakuum" govorimo o gustoći materije. Iz fizike je poznato da ako se uzme u obzir plinovita tvar, tada je gustoća tvari izravno proporcionalna tlaku. Zauzvrat, kada se govori o djelomičnom vakuumu, podrazumijeva se da je gustoća čestica materije u danom prostoru manja od gustoće zraka pri normalnom atmosferskom tlaku. Zato je pitanje vakuuma pitanje tlaka u dotičnom sustavu.
U fizici, apsolutni pritisak je veličina jednaka omjeru sile(mjereno u njutonima (N)), koji se okomito primjenjuje na neku površinu, na površinu ove površine (mjereno u kvadratnim metrima), odnosno P=F / S, gdje je P tlak, F sila, S je površina. Jedinica tlaka je paskal (Pa), dakle 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Djelomični vakuum
Pokusno je utvrđeno da pri temperaturi od 20 °C na površini Zemlje na razini mora, atmosferski tlak iznosi 101,325 Pa. Taj se tlak naziva 1. atmosfera (atm.). Otprilike možemo reći da je tlak 1 atm. jednaka 0,1 MPa. Odgovarajući na pitanje koliko je atmosfera u 1 pascalu, činimo odgovarajući omjer i dobivamo da je 1 Pa=10-5 atm. Djelomični vakuum odgovara svakom tlaku u razmatranom prostoru koji je manji od 1 atm.
Ako navedene brojke prevedemo iz jezika pritiska u jezik broja čestica, onda treba reći da na 1 atm. 1 m3 zraka sadrži približno 1025 molekula. Svako smanjenje navedene koncentracije molekula dovodi do stvaranja djelomičnog vakuuma.
Mjerenje vakuuma
Najčešći uređaj za mjerenje malog vakuuma je konvencionalni barometar, koji se može koristiti samo kada je tlak plina nekoliko desetaka posto atmosferskog.
Za mjerenje viših vrijednosti vakuuma koristi se električni krug s Wheatstoneovim mostom. Ideja korištenja je mjerenjeotpor senzorskog elementa, koji ovisi o okolnoj koncentraciji molekula u plinu. Što je ta koncentracija veća, to više molekula pogađa osjetni element, a što im više topline prenosi, to dovodi do smanjenja temperature elementa, što utječe na njegov električni otpor. Ovaj uređaj može mjeriti vakuum s tlakovima od 0,001 atm.
Povijesna pozadina
Zanimljivo je primijetiti da su koncept "apsolutnog vakuuma" potpuno odbacili poznati starogrčki filozofi, poput Aristotela. Osim toga, postojanje atmosferskog tlaka nije bilo poznato sve do početka 17. stoljeća. Tek s dolaskom New Agea počeli su se provoditi pokusi s cijevima punjenim vodom i živom, što je pokazalo da Zemljina atmosfera vrši pritisak na sva okolna tijela. Konkretno, 1648. Blaise Pascal je uspio izmjeriti tlak pomoću živinog barometra na nadmorskoj visini od 1000 metara. Pokazalo se da je izmjerena vrijednost mnogo niža nego na razini mora, čime je znanstvenik dokazao postojanje atmosferskog tlaka.
Prvi eksperiment koji je jasno pokazao moć atmosferskog tlaka i također naglasio koncept vakuuma izveden je u Njemačkoj 1654. godine, sada poznat kao eksperiment Magdeburške sfere. Godine 1654. njemački fizičar Otto von Guericke uspio je čvrsto povezati dvije metalne hemisfere promjera samo 30 cm, a zatim ispumpati zrak iz nastale strukture, stvarajući takodjelomični vakuum. Priča govori da dvije zaprege od po 8 konja, koje su vukle u suprotnim smjerovima, nisu mogle razdvojiti ove sfere.
Apsolutni vakuum: postoji li?
Drugim riječima, postoji li mjesto u svemiru koje ne sadrži nikakvu materiju. Moderne tehnologije omogućuju stvaranje vakuuma od 10-10 Pa pa čak i manje, ali ovaj apsolutni tlak ne znači da u sustavu koji se razmatra ne ostaju čestice materije.
Okrenimo se sada najpraznijem prostoru u svemiru - otvorenom prostoru. Koliki je tlak u vakuumu svemira? Pritisak u svemiru oko Zemlje je 10-8 Pa, pri tom tlaku ima oko 2 milijuna molekula u volumenu od 1 cm3. Ako govorimo o međugalaktičkom prostoru, onda prema znanstvenicima, čak iu njemu postoji najmanje 1 atom u volumenu od 1 cm3. Štoviše, naš Svemir je prožet elektromagnetskim zračenjem, čiji su nositelji fotoni. Elektromagnetno zračenje je energija koja se može pretvoriti u odgovarajuću masu prema poznatoj Einsteinovoj formuli (E=mc2), odnosno energija je, zajedno s materijom, stanje materije. To dovodi do zaključka da ne postoji apsolutni vakuum u svemiru koji nam je poznat.
