Vakuum

Z Multimediaexpo.cz

Školní vývěva k demonstračním účelům

Vakuum (z lat. vacuus, prázdný) znamená prázdný prostor, v němž je tlak plynu podstatně nižší než při normálním atmosférickém tlaku. Různé stupně vakua mají velmi rozmanitá technická využití ve vakuové technice.

Obsah

Vakuum v teoretické fyzice

Teoretická fyzika používá pojem dokonalé vakuum, což je stav systému s nejnižší možnou energií. V ideálním případě označuje vakuum takový fyzikální stav, v němž není přítomná žádná částice, a to jak hmoty (např. elektrony, protony apod.), tak ani záření (např. fotony). Jedná se tedy o část prostoru, která neobsahuje hmotu, může však do ní zasahovat fyzikální pole, např. gravitační. Takové vakuum bývá označováno jako dokonalé. O vakuu neobsahujícím pole se mluví jako o prázdném prostoru. Vakuum ve skutečnosti není prázdné. Podle kvantové teorie pole v něm neustále vznikají a zanikají páry částic a antičástic. Teoreticky určená hustota jeho energie je obrovská. Vakuum lze (alespoň teoreticky) zavést i v klasické fyzice, avšak podle kvantové teorie ani prostor bez jakékoliv hmoty není úplně prázdný, ale probíhá tam mnoho procesů (kvantově-mechanické fluktuace, tvorba párů částic a antičástic a jejich opětovný zánik apod.). Občas se hovoří o tzv. energii vakua. Tyto kvantové jevy souvisí s principem neurčitosti.

Vakuum experimentální a technické

Vakuum se vytváří vývěvami a měří obvyklými jednotkami tlaku, a to pomocí různých vakuometrů. Dokonalému vakuu, které vyhovuje teoretické definici, by odpovídala nulová hodnota tlaku, nejnižší laboratorně dosažená hodnota je 10-13 torr (1.33 × 10-11Pa). Z praktických důvodů se technické vakuum dělí do několika pásem, která se liší jak technikou vytváření i měření, tak také oblastí použití.

Stupně vakua
Pásmo Tlak v Pa Tlak v hPa (mbar) Počet molekul na cm3 střední volná dráha částice
Atmosférický tlak ≈1,01×105 1013,25 2,7×1019 68 nm
Hrubé vakuum 10+4…10+2 300…1 1019…1016 0,1…100 μm
Jemné vakuum 10+2…10-1 1…10-3 1016…1013 0,1…100 mm
Vysoké vakuum (HV) 10-1…10-5 10-3…10-7 1013…109 100 mm…1 km
Ultravysoké vakuum (UHV) 10-5…10-10 10-7…10-12 109…104 1…105 km
Extrémně vysoké vakuum (XHV) <10-10 <10-12 <104 >105 km
  • Podtlak se využívá ve strojírenství k uchopování předmětů, v potravinářství (vakuové balení a sušení), ve stavebnictví jako tepelná izolace (vakuová okenní skla) i jinde. Vytváří se běžnými čerpadly a měří tlakoměry. Běžný vysavač dosahuje asi polovinu atmosférického tlaku.
  • Hrubé vakuum je chemicky netečné prostředí, které brání oxidaci žhavých součástí a proto se používá v elektrotechnice (výbojky, žárovky), ve strojírenství (vakuový ohřev, tavení, sváření, pájení) a podobně. Vytváří se mechanickými vývěvami a měří termickými aj. vakuometry.
  • Jemné vakuum poskytuje kromě toho delší střední volnou dráhu částic, která umožňuje jisté typy výbojů, a proto se používá v elektronice (vakuové a rentgenové výbojky, čisté technologie, vakuové napařování a podobně). Vytváří se mechanickými nebo difuzními vývěvami a měří ionizačními vakuometry.
  • Vysoké vakuum poskytuje ještě delší volné dráhy a používá se proto hlavně v elektronice: vakuové elektronky a obrazovky, výroba polovodičů a podobně. Vytváří se difuzními vývěvami, vyžaduje používání speciálních materiálů a těsnění.
  • Ultravysoké a extrémní vakuum je zajímavé především pro velmi dlouhé volné dráhy částic a používá se proto např. v urychlovačích částic či v tokamacích. Vytváří se několikastupňovými vývěvami a vyžaduje speciální materiály a technologie. Vyskytuje se ve vesmírném prostoru za hranicemi zemské atmosféry. Průměrná hustota vakua mezihvězdného prostoru se odhaduje na 1 atom (v drtivé většině vodíku) na 1 m³.

Související články

Externí odkazy


Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Vakuum
Citováno z „http://ww.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Vakuum“