وفقًا للتعريف في الفيزياء ، فإن مفهوم "الفراغ" يعني عدم وجود أي مادة وعناصر من المادة في مساحة معينة ، وفي هذه الحالة يتحدث المرء عن فراغ مطلق. يتم ملاحظة الفراغ الجزئي عندما تكون كثافة المادة في مكان معين في الفضاء منخفضة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على هذه المشكلة في المقال.
فراغ وضغط
في تعريف مفهوم "الفراغ المطلق" نتحدث عن كثافة المادة. من الفيزياء ، من المعروف أنه إذا تم أخذ المادة الغازية في الاعتبار ، فإن كثافة المادة تتناسب طرديًا مع الضغط. في المقابل ، عندما يتحدث المرء عن فراغ جزئي ، يشير المرء إلى أن كثافة جسيمات المادة في مساحة معينة أقل من كثافة الهواء عند الضغط الجوي العادي. هذا هو السبب في أن مسألة الفراغ هي مسألة ضغط في النظام المعني.
في الفيزياء ، الضغط المطلق هو كمية مساوية لنسبة القوة(تقاس بالنيوتن (N)) ، والتي يتم تطبيقها عموديًا على بعض الأسطح ، على مساحة هذا السطح (تقاس بالمتر المربع) ، أي P=F / S ، حيث P هي الضغط ، F هي القوة ، S هي مساحة السطح. وحدة الضغط هي باسكال (Pa) ، لذا 1 [Pa]=1 [N] / 1 [m2].
فراغ جزئي
ثبت تجريبياً أنه عند درجة حرارة 20 درجة مئوية على سطح الأرض عند مستوى سطح البحر ، يكون الضغط الجوي 101.325 باسكال. هذا الضغط يسمى الغلاف الجوي الأول (atm.). تقريبًا ، يمكننا القول أن الضغط يساوي 1 ضغط جوي. يساوي 0.1 ميجا باسكال. للإجابة على سؤال حول عدد الغلاف الجوي في 1 باسكال ، فإننا نعوض النسبة المقابلة ونحصل على 1 باسكال=10-5atm. يتوافق الفراغ الجزئي مع أي ضغط في الفضاء قيد الدراسة أقل من 1 atm.
إذا قمنا بترجمة الأرقام المشار إليها من لغة الضغط إلى لغة عدد الجسيمات ، فينبغي أن يقال ذلك عند 1 atm. يحتوي 1 متر3من الهواء على ما يقرب من 1025جزيئات. أي انخفاض في تركيز الجزيئات المسمى يؤدي إلى تكوين فراغ جزئي.
قياس الفراغ
الجهاز الأكثر شيوعًا لقياس الفراغ الصغير هو مقياس الضغط التقليدي ، والذي لا يمكن استخدامه إلا عندما يكون ضغط الغاز بضع عشرات في المائة من الغلاف الجوي.
لقياس قيم الفراغ الأعلى ، يتم استخدام دائرة كهربائية بجسر ويتستون. فكرة الاستخدام هي القياسمقاومة عنصر الاستشعار ، والتي تعتمد على تركيز الجزيئات المحيطة في الغاز. وكلما زاد هذا التركيز ، كلما اصطدمت الجزيئات بعنصر الاستشعار ، وكلما زادت الحرارة المنقولة إليها ، يؤدي ذلك إلى انخفاض درجة حرارة العنصر ، مما يؤثر على مقاومته الكهربائية. يستطيع هذا الجهاز قياس الفراغ بضغوط 0.001 atm
الخلفية التاريخية
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن مفهوم "الفراغ المطلق" تم رفضه تمامًا من قبل الفلاسفة اليونانيين القدماء المشهورين ، مثل أرسطو. بالإضافة إلى ذلك ، لم يكن وجود الضغط الجوي معروفًا حتى بداية القرن السابع عشر. فقط مع ظهور العصر الجديد ، بدأ إجراء التجارب بأنابيب مملوءة بالماء والزئبق ، مما أظهر أن الغلاف الجوي للأرض يمارس ضغطًا على جميع الأجسام المحيطة. على وجه الخصوص ، في عام 1648 ، تمكن بليز باسكال من قياس الضغط باستخدام مقياس الزئبق على ارتفاع 1000 متر فوق مستوى سطح البحر. تبين أن القيمة المقاسة أقل بكثير مما كانت عليه عند مستوى سطح البحر ، وبالتالي أثبت العالم وجود الضغط الجوي.
التجربة الأولى التي أظهرت بوضوح قوة الضغط الجوي وأكدت أيضًا على مفهوم الفراغ تم إجراؤها في ألمانيا عام 1654 ، والمعروفة الآن باسم Magdeburg Sphere Experiment. في عام 1654 ، تمكن الفيزيائي الألماني أوتو فون غريكه من ربط نصفي الكرة الأرضية بإحكام بقطر 30 سم فقط ، ثم ضخ الهواء خارج الهيكل الناتج ، وبالتالي خلقفراغ جزئي. تروي القصة أن فريقين من 8 أحصنة لكل منهما ، قاما بالسحب في اتجاهين متعاكسين ، لم يتمكنوا من فصل هذه الكرات.
الفراغ المطلق: هل هو موجود؟
بمعنى آخر ، هل يوجد مكان في الفضاء لا يحتوي على أي مادة. تتيح التقنيات الحديثة إمكانية إنشاء فراغ بمقدار 10-10Pa وحتى أقل ، لكن هذا الضغط المطلق لا يعني أنه لا توجد جزيئات متبقية في النظام قيد الدراسة.
دعنا ننتقل الآن إلى أكثر مساحة فارغة في الكون - لفتح مساحة. ما هو الضغط في فراغ الفضاء؟ الضغط في الفضاء الخارجي حول الأرض هو 10-8Pa ، عند هذا الضغط يوجد حوالي 2 مليون جزيء بحجم 1 سم3. إذا تحدثنا عن الفضاء بين المجرات ، فوفقًا للعلماء ، حتى فيه توجد ذرة واحدة على الأقل في حجم 1 سم3. علاوة على ذلك ، يتخلل كوننا الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وحاملاته عبارة عن فوتونات. الإشعاع الكهرومغناطيسي هو الطاقة التي يمكن تحويلها إلى الكتلة المقابلة وفقًا لصيغة أينشتاين الشهيرة (E=mc2) ، أي أن الطاقة ، جنبًا إلى جنب مع المادة ، هي حالة من المادة. هذا يؤدي إلى استنتاج مفاده أنه لا يوجد فراغ مطلق في الكون معروف لنا.
