Pojem „vakua“podle definice ve fyzice znamená nepřítomnost jakékoli látky a prvků hmoty v určitém prostoru, v tomto případě se mluví o absolutním vakuu. Částečné vakuum je pozorováno, když je hustota látky v daném místě v prostoru nízká. Pojďme se na tento problém v článku podívat blíže.
Vakuum a tlak
V definici pojmu "absolutní vakuum" mluvíme o hustotě hmoty. Z fyziky je známo, že pokud uvažujeme plynnou látku, pak hustota látky je přímo úměrná tlaku. Když se zase mluví o částečném vakuu, znamená to, že hustota částic hmoty v daném prostoru je menší než hustota vzduchu za normálního atmosférického tlaku. Proto je otázka vakua otázkou tlaku v daném systému.
Ve fyzice je absolutní tlak veličinou rovnou poměru síly(měřeno v newtonech (N)), které je kolmo aplikováno na nějaký povrch, na plochu tohoto povrchu (měřeno v metrech čtverečních), to znamená P=F / S, kde P je tlak, F je síla, S je plocha povrchu. Jednotkou tlaku je pascal (Pa), takže 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Částečné vakuum
Experimentálně bylo zjištěno, že při teplotě 20 °C na povrchu Země na hladině moře je atmosférický tlak 101 325 Pa. Tento tlak se nazývá 1. atmosféra (atm.). Přibližně můžeme říci, že tlak je 1 atm. rovná 0,1 MPa. Odpovědí na otázku, kolik atmosfér je v 1 pascalu, vytvoříme odpovídající podíl a dostaneme, že 1 Pa=10-5 atm. Částečné vakuum odpovídá jakémukoli tlaku v uvažovaném prostoru, který je menší než 1 atm.
Pokud uvedené údaje převedeme z řeči tlaku do řeči počtu částic, pak by se mělo říci, že při 1 atm. 1 m3 vzduchu obsahuje přibližně 1025 molekul. Jakýkoli pokles jmenované koncentrace molekul vede k vytvoření částečného vakua.
Měření vakua
Nejběžnějším zařízením pro měření malého vakua je běžný barometr, který lze použít pouze při tlaku plynu v řádu několika desítek procent atmosférického tlaku.
Pro měření vyšších hodnot vakua se používá elektrický obvod s Wheatstoneovým můstkem. Myšlenka použití je měřitodpor snímacího prvku, který závisí na okolní koncentraci molekul v plynu. Čím větší je tato koncentrace, tím více molekul dopadá na snímací prvek a čím více tepla jim předá, to vede ke snížení teploty prvku, což ovlivňuje jeho elektrický odpor. Toto zařízení může měřit vakuum s tlaky 0,001 atm.
Historické pozadí
Je zajímavé poznamenat, že koncept „absolutního vakua“zcela odmítli slavní starověcí řečtí filozofové, jako byl Aristoteles. Existence atmosférického tlaku byla navíc známa až na počátku 17. století. Teprve s příchodem New Age se začaly provádět pokusy s trubicemi naplněnými vodou a rtutí, které ukázaly, že zemská atmosféra vyvíjí tlak na všechna okolní tělesa. Konkrétně v roce 1648 dokázal Blaise Pascal změřit tlak pomocí rtuťového barometru ve výšce 1000 metrů nad mořem. Naměřená hodnota se ukázala být mnohem nižší než na hladině moře, takže vědec prokázal existenci atmosférického tlaku.
První experiment, který jasně prokázal sílu atmosférického tlaku a také zdůraznil koncept vakua, byl proveden v Německu v roce 1654, nyní známý jako Magdeburský sférický experiment. Německý fyzik Otto von Guericke dokázal v roce 1654 těsně spojit dvě kovové polokoule o průměru pouhých 30 cm a poté z výsledné struktury odčerpal vzduch, čímž vytvořilčástečné vakuum. Příběh vypráví, že dva týmy po 8 koních, které táhly opačnými směry, nemohly tyto koule oddělit.
Absolutní vakuum: existuje?
Jinými slovy, existuje ve vesmíru místo, které neobsahuje žádnou hmotu. Moderní technologie umožňují vytvořit vakuum 10-10 Pa a ještě méně, ale tento absolutní tlak neznamená, že v uvažovaném systému nezůstávají žádné částice hmoty.
Vraťme se nyní k nejprázdnějšímu prostoru ve vesmíru – k otevřenému prostoru. Jaký je tlak ve vakuu vesmíru? Tlak v kosmickém prostoru kolem Země je 10-8 Pa, při tomto tlaku jsou asi 2 miliony molekul v objemu 1 cm3. Pokud mluvíme o mezigalaktickém prostoru, tak i v něm se podle vědců nachází minimálně 1 atom v objemu 1 cm3. Náš Vesmír je navíc prostoupen elektromagnetickým zářením, jehož nositeli jsou fotony. Elektromagnetické záření je energie, kterou lze přeměnit na odpovídající hmotu podle slavného Einsteinova vzorce (E=mc2), to znamená, že energie je spolu s hmotou stavem hmoty.. To vede k závěru, že v nám známém vesmíru neexistuje žádné absolutní vakuum.
