Secondo la definizione in fisica, il concetto di "vuoto" implica l'assenza di qualsiasi sostanza ed elementi di materia in un determinato spazio, in questo caso si parla di vuoto assoluto. Un vuoto parziale si osserva quando la densità della sostanza in un dato luogo nello spazio è bassa. Diamo un'occhiata più da vicino a questo problema nell'articolo.
Vuoto e pressione
Nella definizione del concetto di "vuoto assoluto" si parla di densità della materia. Dalla fisica è noto che se si considera la materia gassosa, la densità della sostanza è direttamente proporzionale alla pressione. A sua volta, quando si parla di vuoto parziale, si intende che la densità delle particelle di materia in un dato spazio è inferiore a quella dell'aria alla normale pressione atmosferica. Ecco perché la questione del vuoto è una questione di pressione nel sistema in questione.
In fisica, la pressione assoluta è una quantità uguale al rapporto tra la forza(misurato in newton (N)), che viene applicato perpendicolarmente a una superficie, all'area di questa superficie (misurata in metri quadrati), ovvero P=F / S, dove P è la pressione, F è la forza, S è la superficie. L'unità di pressione è pascal (Pa), quindi 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Vuoto parziale
È stato sperimentalmente stabilito che a una temperatura di 20 °C sulla superficie terrestre al livello del mare, la pressione atmosferica è di 101.325 Pa. Questa pressione è chiamata 1a atmosfera (atm.). Approssimativamente, possiamo dire che la pressione è di 1 atm. equivale a 0,1 MPa. Rispondendo alla domanda su quante atmosfere ci sono in 1 pascal, formiamo la proporzione corrispondente e otteniamo che 1 Pa=10-5 atm. Un vuoto parziale corrisponde a qualsiasi pressione nello spazio in esame inferiore a 1 atm.
Se traduciamo le cifre indicate dal linguaggio della pressione nel linguaggio del numero di particelle, allora va detto che a 1 atm. 1 m3 di aria contiene circa 1025 molecole. Qualsiasi diminuzione della concentrazione indicata di molecole porta alla formazione di un vuoto parziale.
Misurazione del vuoto
Il dispositivo più comune per misurare un piccolo vuoto è un barometro convenzionale, che può essere utilizzato solo quando la pressione del gas è di poche decine di percento dell'atmosfera.
Per misurare valori di vuoto più elevati, viene utilizzato un circuito elettrico con un ponte di Wheatstone. L'idea dell'uso è misurarela resistenza dell'elemento sensibile, che dipende dalla concentrazione circostante di molecole nel gas. Maggiore è questa concentrazione, più molecole colpiscono l'elemento sensibile e più calore trasferisce ad esse, questo porta a una diminuzione della temperatura dell'elemento, che influisce sulla sua resistenza elettrica. Questo dispositivo può misurare il vuoto con pressioni di 0,001 atm.
Sfondo storico
È interessante notare che il concetto di "vuoto assoluto" è stato completamente rifiutato da famosi filosofi dell'antica Grecia, come Aristotele. Inoltre, l'esistenza della pressione atmosferica non era nota fino all'inizio del XVII secolo. Solo con l'avvento della New Age, iniziarono a essere condotti esperimenti con tubi pieni di acqua e mercurio, che mostravano che l'atmosfera terrestre esercita pressione su tutti i corpi circostanti. In particolare, nel 1648 Blaise Pascal riuscì a misurare la pressione utilizzando un barometro a mercurio a un' altitudine di 1000 metri sul livello del mare. Il valore misurato si è rivelato molto più basso rispetto al livello del mare, quindi lo scienziato ha dimostrato l'esistenza della pressione atmosferica.
Il primo esperimento che dimostrò chiaramente il potere della pressione atmosferica e enfatizzò anche il concetto di vuoto fu condotto in Germania nel 1654, ora noto come Esperimento della Sfera di Magdeburgo. Nel 1654, il fisico tedesco Otto von Guericke riuscì a collegare saldamente due emisferi metallici con un diametro di soli 30 cm, e quindi pompare aria fuori dalla struttura risultante, creando cosìvuoto parziale. La storia racconta che due squadre di 8 cavalli ciascuna, che tiravano in direzioni opposte, non potevano separare queste sfere.
Vuoto assoluto: esiste?
In altre parole, c'è un posto nello spazio che non contiene alcuna materia. Le moderne tecnologie consentono di creare un vuoto di 10-10 Pa e anche meno, ma questa pressione assoluta non significa che non siano rimaste particelle di materia nel sistema in esame.
Passiamo ora allo spazio più vuoto dell'Universo: lo spazio aperto. Qual è la pressione nel vuoto dello spazio? La pressione nello spazio attorno alla Terra è 10-8 Pa, a questa pressione ci sono circa 2 milioni di molecole in un volume di 1 cm3. Se parliamo di spazio intergalattico, secondo gli scienziati, anche in esso c'è almeno 1 atomo in un volume di 1 cm3. Inoltre, il nostro Universo è permeato di radiazioni elettromagnetiche, i cui vettori sono i fotoni. La radiazione elettromagnetica è energia che può essere convertita nella massa corrispondente secondo la famosa formula di Einstein (E=mc2), cioè l'energia, insieme alla materia, è uno stato della materia. Questo porta alla conclusione che non esiste un vuoto assoluto nell'Universo a noi noto.
