Prema definiciji u fizici, koncept "vakuma" podrazumijeva odsustvo bilo koje supstance i elemenata materije u određenom prostoru, u ovom slučaju se govori o apsolutnom vakuumu. Djelomični vakuum se opaža kada je gustina supstance na datom mjestu u prostoru niska. Pogledajmo pobliže ovo pitanje u članku.
Vakum i pritisak
U definiciji pojma "apsolutni vakuum" govorimo o gustini materije. Iz fizike je poznato da ako se uzme u obzir gasovita materija, tada je gustina supstance direktno proporcionalna pritisku. Zauzvrat, kada se govori o delimičnom vakuumu, podrazumeva se da je gustina čestica materije u datom prostoru manja od one za vazduh pri normalnom atmosferskom pritisku. Zato je pitanje vakuuma pitanje pritiska u dotičnom sistemu.
U fizici, apsolutni pritisak je veličina jednaka omjeru sile(mjereno u njutnima (N)), koji se okomito primjenjuje na neku površinu, na površinu ove površine (mjereno u kvadratnim metrima), odnosno P=F / S, gdje je P pritisak, F sila, S je površina. Jedinica za pritisak je paskal (Pa), tako da je 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Parcijalni vakuum
Eksperimentalno je utvrđeno da na temperaturi od 20 °C na površini Zemlje na nivou mora, atmosferski pritisak iznosi 101,325 Pa. Ovaj pritisak se naziva 1. atmosfera (atm.). Otprilike možemo reći da je pritisak 1 atm. iznosi 0,1 MPa. Odgovarajući na pitanje koliko je atmosfera u 1 paskalu, pravimo odgovarajuću proporciju i dobijamo da je 1 Pa=10-5 atm. Djelomični vakuum odgovara svakom pritisku u prostoru koji se razmatra koji je manji od 1 atm.
Ako navedene brojke prevedemo sa jezika pritiska na 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 parcijalnog vakuuma.
Mjerenje vakuuma
Najčešći uređaj za merenje malog vakuuma je konvencionalni barometar, koji se može koristiti samo kada je pritisak gasa nekoliko desetina procenata atmosferskog.
Za mjerenje viših vrijednosti vakuuma koristi se električni krug sa Wheatstoneovim mostom. Ideja korištenja je mjerenjeotpor senzorskog elementa, koji ovisi o okolnoj koncentraciji molekula u plinu. Što je ova koncentracija veća, to više molekula pogađa senzorski element, a što im više topline prenosi, to dovodi do smanjenja temperature elementa, što utječe na njegov električni otpor. Ovaj uređaj može mjeriti vakuum sa pritiscima od 0,001 atm.
Historijska pozadina
Zanimljivo je napomenuti da su koncept "apsolutnog vakuuma" potpuno odbacili poznati starogrčki filozofi, poput Aristotela. Osim toga, postojanje atmosferskog pritiska nije bilo poznato sve do početka 17. vijeka. Tek s dolaskom New Age-a počeli su se izvoditi eksperimenti sa cijevima punjenim vodom i živom, što je pokazalo da Zemljina atmosfera vrši pritisak na sva okolna tijela. Konkretno, 1648. Blaise Pascal je bio u stanju izmjeriti pritisak pomoću živinog barometra na visini od 1000 metara nadmorske visine. Pokazalo se da je izmjerena vrijednost mnogo niža nego na nivou mora, čime je naučnik dokazao postojanje atmosferskog pritiska.
Prvi eksperiment koji je jasno pokazao moć atmosferskog pritiska i koji je takođe naglasio koncept vakuuma izveden je u Nemačkoj 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 takoparcijalni vakuum. Priča kaže 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. Savremene tehnologije omogućavaju stvaranje vakuuma od 10-10 Pa pa čak i manje, ali ovaj apsolutni pritisak ne znači da u sistemu koji se razmatra nije ostalo čestica materije.
Okrenimo se sada najpraznijem prostoru u Univerzumu - otvorenom prostoru. Koliki je pritisak u vakuumu svemira? Pritisak u svemiru oko Zemlje je 10-8 Pa, pri ovom pritisku ima oko 2 miliona molekula u zapremini od 1 cm3. Ako govorimo o intergalaktičkom prostoru, onda prema naučnicima, čak iu njemu postoji najmanje 1 atom u zapremini od 1 cm3. Štaviše, naš svemir je prožet elektromagnetnim zračenjem, čiji su nosioci fotoni. Elektromagnetno zračenje je energija koja se može pretvoriti u odgovarajuću masu prema poznatoj Einstein formuli (E=mc2), odnosno energija je, zajedno sa materijom, stanje materije. Ovo dovodi do zaključka da ne postoji apsolutni vakuum u svemiru koji nam je poznat.
