Τι είναι το κενό στην επιστήμη; Ορισμός και Παραδείγματα

Στην επιστήμη, ένα κενό είναι ένας τόμος που περιέχει λίγη ή καθόλου ύλη. Με άλλα λόγια, το κενό είναι μια περιοχή με εξαιρετικά χαμηλή πίεση. Η λέξη "κενό" προέρχεται από τη λατινική λέξη vacuus , που σημαίνει «άδειο». Ένα κενό μπορεί να προκύψει φυσικά ή να παράγεται με την άντληση αέρα από ένα δοχείο ή τη χρήση ροής ρευστού για τη μείωση της πίεσης (αρχή του Bernoulli).

Μερικό κενό έναντι τέλειου κενού

Στον πραγματικό κόσμο, το κενό είναι μερικό ή ατελές. Λίγα άτομα ή μόρια παραμένουν πάντα. Η πίεση ενός μερικού κενού είναι χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική πίεση, αλλά δεν είναι μηδέν. Ένα τέλειο κενό είναι ένας θεωρητικός χώρος εντελώς απαλλαγμένος από ύλη. Αυτός ο τύπος κενού ονομάζεται επίσης "ελεύθερος χώρος".

Παραδείγματα κενού

Κάθε περιοχή με πίεση χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική είναι το κενό. Ακολουθούν παραδείγματα κενού:

• Το εσωτερικό ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι ένα κενό.
• Το διάστημα είναι ένα σχεδόν τέλειο κενό.
• Οι λεπτές ατμόσφαιρες της Σελήνης, του Ερμή και του Άρη είναι ένα κενό (τουλάχιστον σε σύγκριση με τη Γη).
• Η αναρρόφηση από μια ηλεκτρική σκούπα σχηματίζει μια ηλεκτρική σκούπα.
• Η μονωτική περιοχή μεταξύ των γυάλινων τοιχωμάτων ενός θερμός περιέχει ένα κενό.
• Η θερμόσφαιρα της Γης είναι ένα κενό.
• Η χαμηλή πίεση ενός ισχυρού τυφώνα είναι ένα μερικό κενό.

Σύγκριση διαφορετικών κενού

Ακολουθεί μια σύγκριση του αριθμού των σωματιδίων ανά μονάδα όγκου σε διαφορετικούς τύπους κενού:

	Πίεση	Μόρια ανά cm
Τυπική ατμόσφαιρα (όχι κενό)	101,325 kPa	2,5×10
Ισχυρός τυφώνας	87 έως 95 kPa	10
Ηλεκτρική σκούπα	~80 kPa	10
Αντλία κενού υγρού δακτυλίου	~3,2 kPa	10
Αρηιανή ατμόσφαιρα	1,155 kPa έως 0,03 kPa
Λαμπτήρας πυρακτώσεως	10 έως 1 Pa	10 έως 10
Θερμός	1 έως 0,1 Pa	10 έως 10
Η θερμόσφαιρα της Γης	έως 10 Pa	10
Σωλήνας κενού	10 έως 10 Πα	10 έως 10
Θάλαμος επιτάξεως μοριακής δέσμης (MBE)	10 έως 10	10 έως 10
Σεληνιακή ατμόσφαιρα	~1×10	4×10
Διαπλανητικός χώρος	σχεδόν 0	11
Διαστρικός χώρος	σχεδόν 0	1
Διαγαλαξιακός χώρος	σχεδόν 0	10
Τέλειο κενό	0	0

Το πλησιέστερο που μπορείτε να φτάσετε σε ένα κενό σε ένα εργαστήριο είναι περίπου 13 pPa, αλλά ένα κρυογονικό σύστημα κενού μπορεί να επιτύχει πίεση τόσο χαμηλή όσο 5×10 torr ή 6,7 fPa.

Οι άνθρωποι μπορούν να αναρρώσουν από την έκθεση σε κενό που διαρκεί 90 δευτερόλεπτα ή λιγότερο. Τα φυτά μπορούν να διαρκέσουν περίπου 30 λεπτά. Ένας αργός επιβιώνει στο κενό για μέρες ή εβδομάδες!

Εύκολοι τρόποι δημιουργίας ηλεκτρικής σκούπας

Οι καλύτερες σκούπες χρησιμοποιούν ακριβές αντλίες για την αφαίρεση αερίων. Ωστόσο, είναι εύκολο να φτιάξετε μια ηλεκτρική σκούπα μόνοι σας χρησιμοποιώντας κοινά υλικά:

1. Συνδέστε μια βεντούζα σε ένα παράθυρο. Τραβήξτε προς τα πίσω τη βεντούζα. Ο χώρος ανάμεσα στο κύπελλο και το ποτήρι είναι κενό.
2. Καλύψτε το άκρο μιας άδειας σύριγγας για να σφραγιστεί. Τραβήξτε προς τα πάνω το έμβολο. Ο κενός όγκος μέσα στη σύριγγα είναι κενό. Εάν η σύριγγα περιέχει λίγο νερό, η χαμηλή πίεση την κάνει να βράσει.
3. Συνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα της ηλεκτρικής σκούπας σε ένα άκαμπτο, διαφορετικά σφραγισμένο δοχείο. Η συσκευή αναρροφά τον αέρα, αφήνοντας ένα ατελές κενό.
4. Η αναπνοή δημιουργεί ένα μερικό κενό. Όταν το διάφραγμά σας πέφτει, η αύξηση του όγκου μειώνει την πίεση μέσα στις κυψελίδες των πνευμόνων. Η διαφορά πίεσης οδηγεί σε εισπνοή.
5. Εάν έχετε πρόσβαση σε εργαστήριο, ένα φίλτρο κενού χρησιμοποιεί ροή νερού για να αφαιρέσει τον αέρα από μια φιάλη. Το εσωτερικό της φιάλης είναι μερικό κενό.

Γιατί το διάστημα είναι κενό;

Η βαρύτητα είναι ο λόγος που ο χώρος είναι ένα σχεδόν τέλειο κενό. Με την πάροδο του χρόνου, η βαρύτητα έλκει σωματίδια ύλης μαζί, σχηματίζοντας σύννεφα αερίων, αστέρια και πλανήτες. Οι εκτάσεις μεταξύ των διαστρικών αντικειμένων παραμένουν σχεδόν κενές. Επίσης, το Σύμπαν διαστέλλεται. Ακόμη και χωρίς βαρύτητα, ο χώρος μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται.

Αναφορές

• Chambers, Austin (2004). Σύγχρονη Φυσική Κενού . Boca Raton:CRC Press. ISBN 978-0-8493-2438-3.
• Genz, Henning (1994). Τίποτα, η Επιστήμη του Κενού Χώρου (μετάφραση από τα γερμανικά από Karin Heusch ed.). Νέα Υόρκη:Perseus Book Publishing (έκδοση 1999). ISBN 978-0-7382-0610-3.
• Harris, Nigel S. (1989). Σύγχρονη πρακτική υποπίεσης . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-707099-1.
• Ishimaru, Η (1989). «Τελική πίεση της τάξης των 10 torr σε θάλαμο κενού από κράμα αλουμινίου». Journal of Vacuum Science and Technology . 7 (3–II):2439–2442. doi:10.1116/1.575916
• Wheeler, R.M.; Wehkamp, ​​C.A.; Stasiak, Μ.Α.; Dixon, Μ.Α.; Rygalov, V.Y. (2011). «Τα φυτά επιβιώνουν από την ταχεία αποσυμπίεση:Επιπτώσεις για τη βιοαναγεννητική υποστήριξη της ζωής». Πρόοδος στη Διαστημική Έρευνα . 47 (9):1600–1607. doi:10.1016/j.asr.2010.12.017