افتح القائمة الرئيسية

فراغ

مضخة لاثبات الفراغ

في الفيزياء فراغ تعني حيز خالي من أي مادة. ويجب علينا هنا انفرق بين الفراغ والهواء فالفراغ كما قلنا أنه حيز خالي من المادة والهواء هو مادة فالهواء هو خليط من الغازات والغازات هي مادة.

ينشأ الضغط الجوي بسبب وجود جزيئات الغاز التي تجذبها الأرض، وتمنعها من الانفلات في الفضاء الخارجي لتشكل طبقة من مئات الكيلومترات متدرِّجة في الكثافة يبلغ الضغط في أسفلها عند سطح البحر 760 ميلمتراً زئبقياً أي ما يعادل تقريباً، وينخفض على ارتفاع 300 كيلومتر إلى 10-8 ميلمتر زئبقي.

الضغط هو القوة على واحدة السطح، ويقاس في الجملة الدولية بواحدة تدعى باسكال Pascal واختصاراً Pa ويكون ، ويفضل كثير من الفيزيائيين استخدام قيمة الضغط الجوي النظامي عند سطح البحر كواحدة لقياس الضغط وتدعى بار bar، كذلك تدعى واحدة الضغط 1 مم زئبقي تور torr، وعليه يكون[1]:

1bar =1000 mbar =760 torr =105 Pa

1mbar = 0.760 torr = 102 Pa

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

فهرست

التعريف

يُطلق اسم الفراغ أو الخلاء vacuum على حيِّز من الفضاء تكون قيمة الضغط فيه أقل من الضغط الجوي النظامي، لأنه يحوي عدداً أقل من عدد جزيئات الغاز الموجودة في حيز مماثل له في الحجم وتحت الضغط الجوي النظامي.

تجدر الإشارة إلى أن النظرية الحركية للغازات تبيِّن أن ضغط الغاز P يتناسب طرداً مع الكثافة، أي مع عدد الجزيئات في واحدة الحجم (n) ومع درجة الحرارة المطلقة P = n.K.Tλ :T وإلى أن المسار الحر الوسطي، ويرمز له بـ λ، هو بالتعريف المسافة التي يقطعها الجزيء بين تصادمين متتاليين، وهو يتعلق بالكثافة وبقطر الجزيء، ويساوي في درجة الحرارة C22Cº بالنسبة إلى الهواء:

حيث تقدر λ بالسنتمتر وP بالميلي بار.

يمكن تصنيف الخلاء في أربع درجات، يختلف بعضها عن الأخرى بقيمة الضغط P، وبطول المسار الحر الوسطي λ، وبالمضخات التي تمكِّن من بلوغ كل درجة من الخلاء، وكذلك بطريقة قياس الخلاء.

"تعريف ومواصفات كل درجة ومقياس الخلاء المناسب، علماً بأن الحدود بين الدرجات اعتبارية إلى حد ما"
درجة الخلاء
(مقياس الخلاء)
الخلاء (الضغط)
(mbar)
المضخة المناسبة الكثافة n (cm3) المسار الحر الوسطي cm) λ)
منخفض (قياس مباشر) من 10³ مضخة أولية من n2.45 x 1019 من n6.6 x10-6
منخفض (قياس مباشر) إلى n3.3 x 10 مضخة امتصاص إلى n7.4 x 1017 إلى n1.98 x 10-4
متوسط أولي (بيراني) من n3.3 x 10 مضخة أولية من n7.4 x 1017 إلى n1.98 x 10-4
متوسط أولي (بيراني) 1.0 x 10-3 roots إلى n2.45 x 1013 إلى n6.6
عالي أيوني (مهبط بارد) من n1.0 x 10-3 مضخة انتثارية من n2.45 x 1013 من n6.6
عالي أيوني (مهبط بارد) إلى n1.0 x 10-6 مضخة جزيئية إلى 2.45 x 1010 إلى n6.6 x 103
عالي جداً (أيوني مهبط حار) من n1.0 x 10-6 مضخة جزيئية من n2.45 x 1010 من n6.6 x 103
عالي جداً (أيوني مهبط حار) إلى n1.0 x 10-12 أيونية، تبريد إلى n2.45 x 104 n6.6 x 109
فائقة
(مقياس كتلي طيفي) p < 10-12 مضخة تبريد n<2.45 x 104 nλ > 6.6 x109

وتصنف المضخات إلى أولية وثانوية حسب الفراغ النهائي الذي يمكن بلوغه[ر. التخلية (تقانة ـ)]


الاستخدامات

 
Light bulbs contain a partial vacuum, usually backfilled with argon, which protects the tungsten filament


آلات يحركها الفراغ

الفضاء الخارجي

 
Outer space is not a perfect vacuum, but a tenuous plasma awash with charged particles, electromagnetic fields, and the occasional star.


التأثيرات على الإنسان والحيوان

 
This painting, An Experiment on a Bird in the Air Pump by Joseph Wright of Derby, 1768, depicts an experiment performed by Robert Boyle in 1660.


التفسير التاريخي

 
Torricelli's mercury barometer produced one of the first sustained vacuums in a laboratory.


 
The Crookes tube, used to discover and study cathode rays, was an evolution of the Geissler tube.



. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

في الكهرومغناطيسية


في ميكانيكا الكم

ضخ وضغط الهواء المحيط

 
This shallow water well pump reduces atmospheric air pressure inside the pump chamber. Atmospheric pressure extends down into the well, and forces water up the pipe into the pump to balance the reduced pressure. Above-ground pump chambers are only effective to a depth of approximately 9 meters due to the water column weight balancing the atmospheric pressure.
 
Deep wells have the pump chamber down in the well close to the water surface, or in the water. A "sucker rod" extends from the handle down the center of the pipe deep into the well to operate the plunger. The pump handle acts as a heavy counterweight against both the sucker rod weight and the weight of the water column standing on the upper plunger up to ground level.


 
A cutaway view of a turbomolecular pump, a momentum transfer pump used to achieve high vacuum


إطلاق الغازات


الجودة

الضغط (Torr) الضغط (پا)
ضغط جوي 760 101.3 kPa
فراغ منخفض 760 to 25 100 kPa to 3 kPa
فراغ متوسط 25 to 1×10−3 3 kPa to 100 mPa
فراغ مرتفع 1×10−3 to 1×10−9 100 mPa to 100 nPa
Ultra high vacuum 1×10−9 to 1×10−12 100 nPa to 100 pPa
Extremely high vacuum <1×10−12 <100 pPa
فضاء خارجي 1×10−6 to <3×10−17 100 µPa to <3fPa
Perfect vacuum 0 0 Pa



. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أمثلة

الضغط (پا) الضغط (Torr) mean free path molecules per cm3
Vacuum cleaner approximately 80 kPa 600 70 nm 1019
liquid ring vacuum pump approximately 3.2 kPa 24 1.75 μm 1018
freeze drying 100 to 10 Pa 1 to 0.1 100 μm to 1 mm 1016 to 1015
rotary vane pump 100 Pa to 100 mPa 1 to 10−3 100 μm to 10 cm 1016 to 1013
Incandescent light bulb 10 to 1 Pa 0.1 to 0.01 1 mm to 1 cm 1015 to 1014
Thermos bottle 1 to 0.01 Pa[2] 10−2 to 10−4 1 cm to 1 m 1014 to 1012
Earth thermosphere 1 Pa to 100 nPa 10−2 to 10−9 1 cm to 100 km 1014 to 107
Vacuum tube 10 µPa to 10 nPa 10−7 to 10−10 1 to 1,000 km 109 to 106
Cryopumped MBE chamber 100 nPa to 1 nPa 10−9 to 10−11 100 to 10,000 km 107 to 105
Pressure on the Moon approximately 1 nPa 10−11 10,000 km 4×105 [3]
Interplanetary space     10 [2]
Interstellar space     1 [4]
Intergalactic space   10−6 [2]

القياس

 
A glass McLeod gauge, drained of mercury


انظر أيضا

هوامش

  1. ^ خالد ميا. "الفراغ". الموسوعة العربية. Retrieved 2011-11-30.
  2. ^ أ ب ت خطأ استشهاد: وسم <ref> غير صحيح؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماة chambers
  3. ^ Öpik, E. J. (May 1962). "The Lunar Atmosphere". Planetary and Space Science. Elsevier. 9 (5): 211–244. Bibcode:1962P&SS....9..211O. doi:10.1016/0032-0633(62)90149-6. ISSN 0032-0633. More than one of |periodical= and |journal= specified (help).
  4. ^ University of New Hampshire Experimental Space Plasma Group. "What is the Interstellar Medium". The Interstellar Medium, an online tutorial. Retrieved 2006-03-15.

وصلات خارجية