Ifølge definitionen i fysik indebærer begrebet "vakuum" fraværet af ethvert stof og elementer af stof i et bestemt rum, i dette tilfælde taler man om et absolut vakuum. Et delvist vakuum observeres, når tætheden af stoffet et givet sted i rummet er lav. Lad os se nærmere på dette problem i artiklen.
Vakuum og tryk
I definitionen af begrebet "absolut vakuum" taler vi om stoffets tæthed. Fra fysikken er det kendt, at hvis gasformigt stof overvejes, så er stoffets massefylde direkte proportional med trykket. Til gengæld, når man taler om et partielt vakuum, antyder man, at tætheden af stofpartikler i et givet rum er mindre end for luft ved norm alt atmosfærisk tryk. Derfor er spørgsmålet om vakuum et spørgsmål om tryk i det pågældende system.
I fysik er absolut tryk en størrelse svarende til forholdet mellem kraften(målt i newton (N)), som påføres vinkelret på en overflade, på arealet af denne overflade (målt i kvadratmeter), det vil sige P=F / S, hvor P er tryk, F er kraft, S er overfladeareal. Enheden for tryk er pascal (Pa), så 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Delvis vakuum
Det er eksperimentelt blevet fastslået, at ved en temperatur på 20 °C på jordens overflade ved havoverfladen er atmosfærisk tryk 101.325 Pa. Dette tryk kaldes den 1. atmosfære (atm.). Cirka kan vi sige, at trykket er 1 atm. er lig med 0,1 MPa. Ved at besvare spørgsmålet om, hvor mange atmosfærer der er i 1 pascal, udgør vi den tilsvarende andel og får, at 1 Pa=10-5 atm. Et delvist vakuum svarer til ethvert tryk i det pågældende rum, der er mindre end 1 atm.
Hvis vi oversætter de angivne tal fra tryksproget til sproget for antallet af partikler, så skal det siges, at ved 1 atm. 1 m3 luft indeholder ca. 1025 molekyler. Ethvert fald i den navngivne koncentration af molekyler fører til dannelsen af et delvist vakuum.
Vakuummåling
Den mest almindelige enhed til at måle et lille vakuum er et konventionelt barometer, som kun kan bruges, når gastrykket er nogle få titusinder procent af atmosfærisk.
For at måle højere vakuumværdier bruges et elektrisk kredsløb med en Wheatstone-bro. Ideen med at bruge er at målesensorelementets modstand, som afhænger af den omgivende koncentration af molekyler i gassen. Jo større denne koncentration er, jo flere molekyler rammer føleelementet, og jo mere varme det overfører til dem, fører dette til et fald i elementets temperatur, hvilket påvirker dets elektriske modstand. Denne enhed kan måle vakuum med tryk på 0,001 atm.
Historisk baggrund
Det er interessant at bemærke, at begrebet "absolut vakuum" blev fuldstændig afvist af berømte antikke græske filosoffer, såsom Aristoteles. Desuden var eksistensen af atmosfærisk tryk først kendt i begyndelsen af det 17. århundrede. Først med New Age's indtog begyndte man at udføre forsøg med rør fyldt med vand og kviksølv, som viste, at jordens atmosfære udøver pres på alle omgivende legemer. Især i 1648 var Blaise Pascal i stand til at måle tryk ved hjælp af et kviksølvbarometer i en højde af 1000 meter over havets overflade. Den målte værdi viste sig at være meget lavere end ved havoverfladen, og dermed beviste videnskabsmanden eksistensen af atmosfærisk tryk.
Det første eksperiment, der tydeligt demonstrerede kraften i atmosfærisk tryk og også understregede begrebet vakuum, blev udført i Tyskland i 1654, nu kendt som Magdeburg-sfæreeksperimentet. I 1654 var den tyske fysiker Otto von Guericke i stand til at forbinde to metalhalvkugler med en diameter på kun 30 cm tæt og pumpede derefter luft ud af den resulterende struktur og skabte derveddelvist vakuum. Historien fortæller, at to hold på hver 8 heste, som trak i hver sin retning, ikke kunne adskille disse kugler.
Absolut vakuum: eksisterer det?
Med andre ord, er der et sted i rummet, der ikke indeholder noget stof. Moderne teknologier gør det muligt at skabe et vakuum på 10-10 Pa og endnu mindre, men dette absolutte tryk betyder ikke, at der ikke er nogen stofpartikler tilbage i det pågældende system.
Lad os nu vende os til det mest tomme rum i universet - for at åbne plads. Hvad er trykket i rummets vakuum? Trykket i det ydre rum omkring Jorden er 10-8 Pa, ved dette tryk er der omkring 2 millioner molekyler i et volumen på 1 cm3. Hvis vi taler om intergalaktisk rum, så er der ifølge videnskabsmænd selv i det mindst 1 atom i et volumen på 1 cm3. Desuden er vores univers gennemsyret af elektromagnetisk stråling, hvis bærere er fotoner. Elektromagnetisk stråling er energi, der kan omdannes til den tilsvarende masse ifølge den berømte Einstein-formel (E=mc2), det vil sige, at energi sammen med stof er en tilstand af stof. Dette fører til den konklusion, at der ikke er noget absolut vakuum i universet, vi kender til.
