Ombwe ni nafasi ambayo hakuna jambo lolote. Katika fizikia na teknolojia iliyotumika, inamaanisha kati ambayo gesi iko kwenye shinikizo chini ya shinikizo la anga. Ni gesi gani adimu zilipogunduliwa kwa mara ya kwanza?
Kurasa za Historia
Wazo la utupu limekuwa suala la mzozo kwa karne nyingi. Gesi ambazo hazipatikani zilijaribu kuchambua wanafalsafa wa kale wa Kigiriki na Kirumi. Democritus, Lucretius, wanafunzi wao waliamini: kama kusingekuwa na nafasi huru kati ya atomi, harakati zao zisingewezekana.
Aristotle na wafuasi wake walikanusha dhana hii, kwa maoni yao, haipaswi kuwa na "utupu" katika asili. Katika Enzi za Kati huko Uropa, wazo la "hofu ya utupu" likawa kipaumbele, lilitumiwa kwa madhumuni ya kidini.
Mitambo ya Ugiriki ya Kale, wakati wa kuunda vifaa vya kiufundi, ilizingatia hali ya hewa nadra. Kwa mfano, pampu za maji zilizofanya kazi wakati ombwe lilipoundwa juu ya pistoni zilionekana wakati wa Aristotle.
Hali ya kutopatikana kwa gesi, hewa, imekuwa msingi wa utengenezaji wa pampu za utupu za pistoni, ambazo kwa sasa zinatumika sana katika teknolojia.
Mfano wao ulikuwa sirinji maarufu ya bastola ya Heron wa Alexandria, iliyoundwa naye.kutoa usaha.
Katikati ya karne ya kumi na saba, chumba cha kwanza cha utupu kilitengenezwa, na miaka sita baadaye, mwanasayansi Mjerumani Otto von Guerick alifanikiwa kuvumbua pampu ya kwanza ya utupu.
Silinda hii ya bastola ilisukuma hewa kwa urahisi kutoka kwenye chombo kilichofungwa, na hivyo kusababisha utupu hapo. Hii ilifanya iwezekane kusoma sifa kuu za serikali mpya, kuchanganua sifa zake za uendeshaji.
Ombwe la teknolojia
Kivitendo, hali ya nadra ya gesi, hewa inaitwa ombwe la kiufundi. Kwa kiasi kikubwa, haiwezekani kupata hali hiyo bora, kwa kuwa kwa joto fulani vifaa vina msongamano wa mvuke usio na sifuri.
Sababu ya kutowezekana kwa kupata ombwe bora pia ni upitishaji wa vitu vya gesi kupitia glasi, kuta za chuma za vyombo.
Kwa kiasi kidogo inawezekana kabisa kupata gesi adimu. Kama kipimo cha kutokeza tena, njia isiyolipishwa ya molekuli za gesi ambazo hugongana nasibu, pamoja na saizi ya mstari wa chombo kinachotumiwa hutumika.
Ombwe la kiufundi linaweza kuchukuliwa kuwa gesi kwenye bomba au chombo chenye shinikizo la chini kuliko angahewa. Ombwe kidogo hutokea wakati atomi au molekuli za gesi zinaacha kugongana.
Ombwe la mbele huwekwa kati ya pampu ya utupu ya juu na hewa ya angahewa, ambayo hutengeneza ombwe la awali. Katika kesi ya kupungua kwa baadae katika chumba cha shinikizo, ongezeko la urefu wa njia ya chembe za gesi huzingatiwa.dutu.
Shinikizo linapotoka 10 -9 Pa, utupu wa juu zaidi hutengenezwa. Ni gesi hizi adimu ambazo hutumiwa kufanya majaribio kwa kutumia darubini ya kuchanganua.
Inawezekana kupata hali kama hiyo katika vinyweleo vya baadhi ya fuwele hata kwa shinikizo la angahewa, kwani kipenyo cha vinyweleo ni kidogo sana kuliko njia huru ya chembe huru.
Vyombo vya utupu
Hali ya gesi kutopatikana tena hutumiwa kikamilifu katika vifaa vinavyoitwa vacuum pumps. Getters hutumiwa kunyonya gesi na kupata kiwango fulani cha utupu. Teknolojia ya utupu pia inajumuisha vifaa vingi ambavyo ni muhimu kudhibiti na kupima hali hii, na pia kudhibiti vitu, kutekeleza michakato mbalimbali ya kiteknolojia. Vifaa ngumu zaidi vya kiufundi vinavyotumia gesi zisizo nadra ni pampu za utupu wa juu. Kwa mfano, vifaa vya kueneza hufanya kazi kwa misingi ya harakati ya molekuli ya mabaki ya gesi chini ya hatua ya mtiririko wa gesi ya kazi. Hata katika kesi ya utupu bora, kuna mionzi kidogo ya joto wakati joto la mwisho linafikiwa. Hii inaelezea sifa kuu za gesi ambazo hazipatikani tena, kwa mfano, mwanzo wa usawa wa joto baada ya muda fulani kati ya mwili na kuta za chumba cha utupu.
Gesi ya monatomiki ambayo haipatikani sana ni kizio bora cha joto. Ndani yake, uhamisho wa nishati ya joto unafanywa tu kwa msaada wa mionzi, conductivity ya mafuta na convection sio.zinazingatiwa. Sifa hii inatumika katika vyombo vya Dewar (thermoses), vinavyojumuisha vyombo viwili, kati ya ambayo kuna utupu.
Ombwe limepata matumizi mengi katika mirija ya redio, kwa mfano, sumaku za kinescope, oveni za microwave.
Ombwe la kimwili
Katika fizikia ya quantum, hali kama hiyo inamaanisha hali ya nishati ya ardhini (chini zaidi) ya uga wa quantum, ambayo ina sifa ya thamani sifuri za nambari za quantum.
Katika hali hii, gesi ya monatomiki haina tupu kabisa. Kulingana na nadharia ya quantum, chembe pepe huonekana kwa utaratibu na kutoweka katika utupu halisi, ambayo husababisha msuko sufu wa uga.
Kinadharia, ombwe kadhaa tofauti zinaweza kuwepo kwa wakati mmoja, ambazo hutofautiana katika msongamano wa nishati, pamoja na sifa nyingine za kimaumbile. Wazo hili likawa msingi wa nadharia ya mfumuko wa bei.
Ombwe lisilo sahihi
Inamaanisha hali ya uga katika nadharia ya quantum, ambayo si hali yenye kiwango cha chini cha nishati. Ni thabiti kwa muda fulani. Kuna uwezekano wa "kuingiza" hali ya uwongo kwenye utupu wa kweli wakati maadili yanayohitajika ya kiasi kikuu cha kimwili yanafikiwa.
Nafasi ya nje
Unapojadili maana ya gesi adimu, ni muhimu kuzingatia dhana ya "cosmic vacuum". Inaweza kuchukuliwa karibu na utupu wa kimwili, lakini iko katika interstellarnafasi. Sayari, satelaiti zao za asili, nyota nyingi zina nguvu fulani za kuvutia zinazoweka anga katika umbali fulani. Unaposogea mbali na uso wa kitu chenye nyota, msongamano wa gesi adimu hubadilika.
Kwa mfano, kuna mstari wa Karman, ambao unachukuliwa kuwa ufafanuzi wa kawaida na anga ya nje ya mpaka wa sayari. Nyuma yake, thamani ya shinikizo la gesi ya isotropiki hupungua kwa kasi kwa kulinganisha na mionzi ya jua na shinikizo la nguvu la upepo wa jua, hivyo ni vigumu kutafsiri shinikizo la gesi adimu.
Anga za juu zimejaa fotoni, neutrino za masalia ambazo ni vigumu kuzitambua.
Vipengele vya kipimo
Kiwango cha utupu kwa kawaida hubainishwa na kiasi cha dutu inayosalia kwenye mfumo. Tabia kuu ya kipimo cha hali hii ni shinikizo kabisa, kwa kuongeza, muundo wa kemikali wa gesi na joto lake huzingatiwa.
Kigezo muhimu cha utupu ni thamani ya wastani ya urefu wa njia ya gesi zilizosalia kwenye mfumo. Kuna mgawanyiko wa ombwe katika safu fulani kwa mujibu wa teknolojia ambayo ni muhimu kwa vipimo: uongo, kiufundi, kimwili.
Kutengeneza ombwe
Huu ni utengenezaji wa bidhaa kutoka kwa nyenzo za kisasa za thermoplastic katika hali ya joto kwa kutumia shinikizo la chini la hewa au hatua ya utupu.
Utengenezaji wa ombwe huchukuliwa kuwa njia ya kuchora, kutokana na kuwa karatasi ya plastiki inapashwa joto,iko juu ya tumbo, hadi thamani fulani ya joto. Ifuatayo, karatasi hurudia umbo la matrix, hii ni kutokana na kuundwa kwa utupu kati yake na plastiki.
Vifaa vya Electrovacuum
Ni vifaa ambavyo vimeundwa ili kuunda, kukuza na kubadilisha nishati ya sumakuumeme. Katika kifaa hicho, hewa huondolewa kwenye nafasi ya kazi, na shell isiyoweza kuingizwa hutumiwa kulinda dhidi ya mazingira. Mifano ya vifaa vile ni vifaa vya elektroniki vya utupu, ambapo elektroni huingia kwenye utupu. Taa za incandescent pia zinaweza kuchukuliwa kuwa vifaa vya utupu.
Gesi katika shinikizo la chini
Gesi inaitwa adimu ikiwa msongamano wake hautoshi, na urefu wa njia ya molekuli unalinganishwa na saizi ya chombo ambamo gesi iko. Katika hali kama hiyo, kupungua kwa idadi ya elektroni huzingatiwa kulingana na msongamano wa gesi.
Katika hali ya gesi adimu sana, hakuna msuguano wa ndani. Badala yake, msuguano wa nje wa gesi ya kusonga dhidi ya kuta huonekana, ambayo inaelezwa na mabadiliko ya kasi ya molekuli wakati wanapigana na chombo. Katika hali kama hii, kuna uwiano wa moja kwa moja kati ya kasi ya chembe na msongamano wa gesi.
Katika hali ya utupu mdogo, migongano ya mara kwa mara kati ya chembe za gesi kwa kiasi kamili huzingatiwa, ambayo huambatana na ubadilishanaji thabiti wa nishati ya joto. Hii inaelezea hali ya uhamishaji (usambazaji, upitishaji joto), ambayo inatumika kikamilifu katika teknolojia ya kisasa.
Kupata gesi adimu
Utafiti wa kisayansi na ukuzaji wa vifaa vya utupu ulianza katikati ya karne ya kumi na saba. Mnamo 1643, Torricelli ya Kiitaliano iliweza kuamua thamani ya shinikizo la anga, na baada ya uvumbuzi wa pampu ya pistoni ya mitambo na muhuri maalum wa maji na O. Guericke, fursa ya kweli ilionekana kwa kufanya tafiti nyingi za sifa za gesi isiyo ya kawaida. Wakati huo huo, uwezekano wa athari za utupu kwa viumbe hai zilisomwa. Majaribio yaliyofanywa katika ombwe na kutokwa kwa umeme yalichangia ugunduzi wa elektroni hasi, mionzi ya X-ray.
Shukrani kwa uwezo wa kuhami joto wa utupu, iliwezekana kueleza mbinu za uhamishaji joto, kutumia taarifa za kinadharia kwa ajili ya maendeleo ya teknolojia ya kisasa ya cryogenic.
Kutumia ombwe
Mnamo 1873 kifaa cha kwanza cha utupu wa kielektroniki kilivumbuliwa. Wakawa taa ya incandescent, iliyoundwa na mwanafizikia wa Kirusi Lodygin. Tangu wakati huo, matumizi ya vitendo ya teknolojia ya utupu yamepanuka, mbinu mpya za kupata na kusoma hali hii zimeonekana.
Aina mbalimbali za pampu za utupu zimeundwa kwa muda mfupi:
- mzunguko;
- cryosorption;
- molekuli;
- usambazaji.
Mwanzoni mwa karne ya ishirini, mwanataaluma Lebedev alifanikiwa kuboresha misingi ya kisayansi ya tasnia ya utupu. Hadi katikati ya karne iliyopita, wanasayansi hawakuruhusu uwezekano wa kupata shinikizo chini ya 10-6 Pa.
BHivi sasa, mifumo ya utupu imejengwa kwa chuma chote ili kuzuia kuvuja. Pampu za vacuum cryogenic hazitumiki tu katika maabara za utafiti, bali pia katika tasnia mbalimbali.
Kwa mfano, baada ya uundaji wa uhamishaji maalum unamaanisha kuwa usichafue kitu kilichotumiwa, matarajio mapya ya matumizi ya teknolojia ya utupu yameonekana. Katika kemia, mifumo kama hii hutumiwa kikamilifu kwa uchambuzi wa ubora na kiasi wa mali ya dutu safi, mgawanyiko wa mchanganyiko katika vipengele, na uchambuzi wa kiwango cha michakato mbalimbali.
