Vakuum heç bir maddənin olmadığı məkandır. Tətbiqi fizika və texnologiyada, atmosfer təzyiqindən daha az təzyiqdə qazın olduğu mühit deməkdir. İlk kəşf ediləndə nadir qazlar hansılar idi?
Tarix Səhifələri
Boşluq ideyası əsrlər boyu mübahisə mövzusu olmuşdur. Nadir qazlar qədim yunan və Roma filosoflarını təhlil etməyə çalışdı. Demokrit, Lucretius, onların tələbələri inanırdılar: atomlar arasında boş yer olmasaydı, onların hərəkəti qeyri-mümkün olardı.
Aristotel və onun ardıcılları bu anlayışı təkzib etdilər, onların fikrincə, təbiətdə heç bir "boşluq" olmamalıdır. Orta əsrlərdə Avropada "boşluq qorxusu" ideyası prioritet oldu, ondan dini məqsədlər üçün istifadə edildi.
Qədim Yunanıstanın mexanikası texniki qurğular yaratarkən havanın seyrəkləşməsinə əsaslanırdı. Məsələn, pistonun üstündə vakuum yarandıqda işləyən su nasosları Aristotelin dövründə ortaya çıxdı.
Qazın, havanın nadir halı hazırda texnologiyada geniş istifadə olunan porşenli vakuum nasoslarının istehsalı üçün əsas olmuşdur.
Onların prototipi onun yaratdığı İskəndəriyyə Heronunun məşhur porşenli şprisi idi.irin çıxarmaq.
XVII əsrin ortalarında ilk vakuum kamerası yaradıldı və altı il sonra alman alimi Otto von Guerick ilk vakuum nasosunu ixtira etməyə müvəffəq oldu.
Bu porşenli silindr asanlıqla möhürlənmiş konteynerdən hava çıxararaq orada vakuum yaradırdı. Bu, yeni dövlətin əsas xüsusiyyətlərini öyrənməyə, onun əməliyyat xüsusiyyətlərini təhlil etməyə imkan verdi.
Texniki tozsoran
Təcrübədə qazın, havanın seyrək halına texniki vakuum deyilir. Böyük həcmlərdə belə ideal vəziyyəti əldə etmək mümkün deyil, çünki müəyyən bir temperaturda materiallar sıfırdan fərqli doymuş buxar sıxlığına malikdir.
İdeal vakuum əldə etməyin mümkünsüzlüyünün səbəbi həm də qaz halında olan maddələrin şüşə, damarların metal divarları vasitəsilə ötürülməsidir.
Kiçik miqdarda nadirləşdirilmiş qazları almaq olduqca mümkündür. Nadirləşmənin ölçüsü kimi, təsadüfi toqquşan qaz molekullarının sərbəst yolu, həmçinin istifadə olunan qabın xətti ölçüsü istifadə olunur.
Texniki vakuum, təzyiq dəyəri atmosferdəkindən daha az olan boru kəmərində və ya qabda olan qaz hesab edilə bilər. Qazın atomları və ya molekulları bir-biri ilə toqquşmağı dayandırdıqda aşağı vakuum yaranır.
Yüksək vakuum pompası ilə atmosfer havası arasında ön vakuum yerləşdirilir ki, bu da ilkin vakuum yaradır. Təzyiq kamerasında sonrakı azalma halında, qaz hissəciklərinin yol uzunluğunda artım müşahidə olunur.maddələr.
Təzyiq 10 -9 Pa-dan olduqda, ultra yüksək vakuum yaranır. Məhz bu nadirləşdirilmiş qazlar skan edən tunel mikroskopundan istifadə edərək təcrübələr aparmaq üçün istifadə olunur.
Bəzi kristalların məsamələrində belə bir vəziyyəti hətta atmosfer təzyiqində də əldə etmək mümkündür, çünki məsamələrin diametri sərbəst hissəciyin sərbəst yolundan çox kiçikdir.
Vakuum əsaslı cihazlar
Qazın seyrək halı vakuum nasosları adlanan cihazlarda fəal şəkildə istifadə olunur. Qazları udmaq və müəyyən dərəcədə vakuum əldə etmək üçün alıcılar istifadə olunur. Vakuum texnologiyasına həm də bu vəziyyəti idarə etmək və ölçmək, habelə obyektləri idarə etmək, müxtəlif texnoloji prosesləri həyata keçirmək üçün zəruri olan çoxsaylı qurğular daxildir. Nadir qazlardan istifadə edən ən mürəkkəb texniki qurğular yüksək vakuumlu nasoslardır. Məsələn, diffuziya cihazları işləyən qaz axınının təsiri altında qalıq qaz molekullarının hərəkəti əsasında fəaliyyət göstərir. İdeal vakuum vəziyyətində belə, son temperatura çatdıqda termal şüalanma az olur. Bu, nadirləşdirilmiş qazların əsas xüsusiyyətlərini izah edir, məsələn, bədən və vakuum kamerasının divarları arasında müəyyən vaxt intervalından sonra istilik tarazlığının yaranması.
Nadir işlənmiş monotomik qaz əla istilik izolyatorudur. Burada istilik enerjisinin ötürülməsi yalnız radiasiya, istilik keçiriciliyi və konveksiyanın köməyi ilə həyata keçirilir.müşahidə edilir. Bu xüsusiyyət arasında vakuum olan iki konteynerdən ibarət Devar qablarında (termoslarda) istifadə olunur.
Vakuum radio borularında, məsələn, kineskopların maqnetronlarında, mikrodalğalı sobalarda geniş tətbiq tapmışdır.
Fiziki vakuum
Kvant fizikasında belə vəziyyət kvant sahəsinin əsas (ən aşağı) enerji vəziyyəti deməkdir ki, bu da kvant ədədlərinin sıfır qiymətləri ilə xarakterizə olunur.
Bu vəziyyətdə bir atomlu qaz tamamilə boş deyil. Kvant nəzəriyyəsinə görə, virtual hissəciklər sistematik olaraq fiziki vakuumda meydana çıxır və yox olur, bu da sahələrin sıfır salınmasına səbəb olur.
Nəzəri olaraq, enerji sıxlığı, eləcə də digər fiziki xüsusiyyətləri ilə fərqlənən bir neçə müxtəlif vakuum eyni vaxtda mövcud ola bilər. Bu fikir inflyasiyalı böyük partlayış nəzəriyyəsi üçün əsas oldu.
Yanlış vakuum
Kvant nəzəriyyəsində minimum enerjiyə malik bir vəziyyət olmayan sahənin vəziyyəti deməkdir. Müəyyən bir müddət ərzində sabitdir. Əsas fiziki kəmiyyətlərin tələb olunan dəyərlərinə çatdıqda yanlış vəziyyəti həqiqi vakuuma "tunel etmək" ehtimalı var.
Kosmos
Nadir qazın nə demək olduğunu müzakirə edərkən "kosmik vakuum" anlayışı üzərində dayanmaq lazımdır. Onu fiziki vakuuma yaxın hesab etmək olar, lakin ulduzlararası məkanda mövcuddurboşluq. Planetlər, onların təbii peykləri, bir çox ulduzlar atmosferi müəyyən məsafədə saxlayan müəyyən cəlbedici qüvvələrə malikdirlər. Ulduz cismin səthindən uzaqlaşdıqca, nadirləşdirilmiş qazın sıxlığı dəyişir.
Məsələn, Karman xətti var ki, bu da planetin sərhədinin kosmosu ilə ümumi tərif hesab edilir. Bunun arxasında izotrop qaz təzyiqinin dəyəri günəş radiasiyası və günəş küləyinin dinamik təzyiqi ilə müqayisədə kəskin şəkildə azalır, buna görə də nadirləşdirilmiş qazın təzyiqini şərh etmək çətindir.
Kosmos fotonlarla, aşkarlanması çətin olan relikt neytrinolarla doludur.
Ölçü funksiyaları
Vakuum dərəcəsi adətən sistemdə qalan maddənin miqdarı ilə müəyyən edilir. Bu vəziyyətin ölçülməsinin əsas xarakteristikası mütləq təzyiqdir, əlavə olaraq qazın kimyəvi tərkibi və temperaturu nəzərə alınır.
Vakuum üçün vacib parametr sistemdə qalan qazların yol uzunluğunun orta qiymətidir. Vakuumun ölçmələr üçün zəruri olan texnologiyaya uyğun olaraq müəyyən diapazonlara bölünməsi var: yalan, texniki, fiziki.
Vakuum formalaşması
Bu, aşağı hava təzyiqindən və ya vakuumdan istifadə etməklə müasir termoplastik materiallardan isti formada məhsulların istehsalıdır.
Vakuum formalaşdırma rəsm üsulu hesab olunur, bunun nəticəsində təbəqə plastik qızdırılır,müəyyən temperatur dəyərinə qədər matrisin üstündə yerləşir. Sonra vərəq matrisin formasını təkrarlayır, bu onunla plastik arasında vakuumun yaradılması ilə bağlıdır.
Elektrovakuum cihazları
Onlar elektromaqnit enerjisini yaratmaq, gücləndirmək və çevirmək üçün nəzərdə tutulmuş cihazlardır. Belə bir cihazda hava iş yerindən çıxarılır və ətraf mühitə qarşı qorunmaq üçün keçirməyən bir qabıq istifadə olunur. Bu cür qurğulara misal olaraq elektronların vakuumda yerləşdiyi elektron vakuum cihazlarını göstərmək olar. Közərmə lampaları da vakuum cihazları hesab edilə bilər.
Aşağı təzyiqlərdə qazlar
Sıxlığı əhəmiyyətsizdirsə və molekulyar yolun uzunluğu qazın yerləşdiyi qabın ölçüsü ilə müqayisə oluna bilərsə, qaz nadirləşdirilmiş adlanır. Belə vəziyyətdə qazın sıxlığına mütənasib olaraq elektronların sayında azalma müşahidə olunur.
Yüksək seyrəkləşmiş qazda praktiki olaraq daxili sürtünmə yoxdur. Bunun əvəzinə, hərəkət edən qazın divarlara qarşı xarici sürtünməsi meydana çıxır ki, bu da molekulların gəmi ilə toqquşduqları zaman momentumunun dəyişməsi ilə izah olunur. Belə bir vəziyyətdə hissəciklərin sürəti ilə qazın sıxlığı arasında birbaşa mütənasiblik var.
Aşağı vakuum vəziyyətində, istilik enerjisinin sabit mübadiləsi ilə müşayiət olunan tam həcmdə qaz hissəcikləri arasında tez-tez toqquşmalar müşahidə olunur. Bu, müasir texnologiyada fəal şəkildə istifadə edilən ötürmə fenomenini (diffuziya, istilik keçiriciliyi) izah edir.
Nadir qazların əldə edilməsi
Vakuum cihazlarının elmi tədqiqi və inkişafı XVII əsrin ortalarında başlamışdır. 1643-cü ildə italyan Torricelli atmosfer təzyiqinin dəyərini təyin etməyə müvəffəq oldu və O. Guericke tərəfindən xüsusi su möhürü olan mexaniki porşenli nasosun ixtirasından sonra nadirləşdirilmiş qazın xüsusiyyətlərinə dair çoxsaylı tədqiqatlar aparmaq üçün real imkan yarandı. Eyni zamanda, vakuumun canlılara təsir imkanları öyrənilib. Elektrik boşalması ilə vakuumda aparılan təcrübələr mənfi elektron, rentgen şüalanmasının kəşfinə kömək etdi.
Vakuumun istilikizolyasiya qabiliyyəti sayəsində istilik ötürmə üsullarını izah etmək, müasir kriogen texnologiyanın inkişafı üçün nəzəri məlumatlardan istifadə etmək mümkün oldu.
Tozsorandan istifadə
1873-cü ildə ilk elektrovakuum cihazı icad edilmişdir. Rus fiziki Lodygin tərəfindən yaradılmış közərmə lampası oldular. Həmin vaxtdan vakuum texnologiyasının praktiki istifadəsi genişləndi, bu vəziyyəti əldə etmək və öyrənmək üçün yeni üsullar meydana çıxdı.
Qısa müddət ərzində müxtəlif növ vakuum nasosları yaradılmışdır:
- fırlanma;
- kriosorbsiya;
- molekulyar;
- diffuziya.
XX əsrin əvvəllərində akademik Lebedev vakuum sənayesinin elmi əsaslarını təkmilləşdirməyə nail oldu. Keçən əsrin ortalarına qədər alimlər 10-6 Pa-dan az təzyiq əldə etmək imkanına icazə vermirdilər.
BHal-hazırda vakuum sistemləri sızmaların qarşısını almaq üçün tamamilə metaldan hazırlanmışdır. Vakuum kriogen nasoslar təkcə tədqiqat laboratoriyalarında deyil, həm də müxtəlif sənaye sahələrində istifadə olunur.
Məsələn, istifadə olunan obyekti çirkləndirməyən xüsusi evakuasiya vasitələrinin hazırlanmasından sonra vakuum texnologiyasından istifadənin yeni perspektivləri yaranıb. Kimyada belə sistemlərdən təmiz maddələrin xassələrinin keyfiyyət və kəmiyyət təhlili, qarışığın komponentlərə ayrılması və müxtəlif proseslərin sürətinin təhlili üçün fəal şəkildə istifadə olunur.
