Разряжение воздуха в сосуде
Очень часто к нам обращаются люди, которые хотят купить вакуумный насос, но слабо представляют, что такое вакуум. Попытаемся разобраться, что же это такое. По определению, вакуум – это пространство, свободное от вещества (от латинского слова «vacuus» – пустой). Существует несколько определений вакуума: технический вакуум, физический вакуум, космический вакуум и т.д. Мы будем рассматривать технический вакуум, который определяется как сильно разреженный газ. Рассмотрим на примере, что такое вакуум и как его измеряют. На нашей планете существует атмосферное давление, принятое за единицу (одна атмосфера). Оно меняется в зависимости от погоды, высоты на уровнем моря, но мы не будем принимать это во внимание, так как это не будет никак влиять на понимание понятия вакуум. Итак, мы имеем давление на поверхности земли равное 1 атмосфере. Всё, что ниже 1 атмосферы (в закрытом сосуде), называется техническим вакуумом. Возьмём некий сосуд и закроем его герметичной крышкой. Давление в сосуде будет равно 1 атмосфере. Если мы начнём откачивать из сосуда воздух, то в нём возникнет разряжение, которое и называется вакуумом. Рассмотрим на примере: в левом сосуде 10 кружочков. Пусть это будет 1 атмосфера. «откачаем» половину – получим 0,5 атм, оставим один – получим 0,1 атм.
Так как в сосуде всего одна атмосфера, то и максимально возможный вакуум мы можем получить (теоретически) ноль атмосфер. “Теоретически” – т.к. выловить все молекулы воздуха из сосуда практически невозможно. По этому, в любом сосуде, из которого откачали воздух (газ) всегда остается какое-то его минимальное количество. Это и называют “остаточным давлением”, то есть давление, которое осталось в сосуде после откачки из него газов. Существуют специальные насосы, которые могут достичь глубокого вакуума до 0,00001 Па, но всё равно не до нуля. В обычной жизни редко когда требуется вакуум глубже 0,5 – 10 Па (0,00005-0,0001 атм). Есть несколько вариантов измерения вакуума, которые зависят от выбора точки отсчёта: 1. За единицу принимается атмосферное давление. Всё, что ниже единицы – вакуум. То есть шкала вакуумметра от 1 до 0 атм (1…0,9…0,8…0,7…..0,2…0,1….0). 2. За ноль принимается атмосферное давление. То есть вакуум – все отрицательные числа меньше 0 и до -1. То есть шкала вакуумметра от 0 до -1 (0, -0,1…-0,2….,-0,9,…-1). Также шкалы могут быть в кПа, mBar, но это всё аналогично шкалам в атмосферах. На картинке показаны вакуумметры с различными шкалами, которые показывают одинаковый вакуум:
Из всего сказанного выше видно, что величина вакуума не может быть больше атмосферного давления. К нам почти каждый день обращаются люди, которые хотят получить вакуум -2, -3 атм и т.д. И они очень удивляются когда узнают, что это невозможно (кстати, каждый второй из них говорит, что “вы сами ничего не знаете”, “а у соседа так” и т.д. и.т.п.) На самом деле, все эти люди хотят формовать детали под вакуумом, но чтобы прижим детали был более 1 кг/см2 (1 атмосферы). Этого можно достичь, если накрыть изделие плёнкой, откачать из под неё воздух (в этом случае, в зависимости от созданного вакуума, максимальный прижим составит 1 кг/см2 (1 атм=1 кг/см2)), и после этого поместить это всё в автоклав, в котором будет создано избыточное давление. То есть для создания прижима в 2 кг/см2, достаточно создать в автоклаве избыточное давление в 1 атм.
Теперь несколько слов о том, как многие клиенты измеряют вакуум на выставке ООО “Насосы Ампика”, у нас в офисе: включают насос, прикладывают палец (ладонь) к всасывающему отверстию вакуумного насоса и сразу делают вывод о величине вакуума. Обычно, все очень любят сравнивать советский вакуумный насос 2НВР-5ДМ и предлагаемый нами его аналог VE-2100. После такой проверки, всегда говорят одно и тоже – вакуум у 2НВР-5ДМ выше (хотя на самом деле оба насоса выдают одинаковые параметры по вакууму). В чем же причина такой реакции? А как всегда – в отсутствии знаний законов физики и что такое давление вообще. Немного ликбеза: давление «P» – это сила, которая действует на некоторую площадь поверхности, направленная перпендикулярно этой поверхности (отношение силы «F» к площади поверхности «S»), то есть P=F/S. По-простому – это сила, распределённая по площади поверхности. Из этой формулы видно, что чем больше площадь поверхности, тем меньше будет давление. А также сила, которая потребуется для отрыва руки или пальца от входного отверстия насоса, прямо пропорциональна величине площади поверхности (F=P*S). Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса 2НВР-5ДМ – 25 мм (площадь поверхности 78,5 мм2). Диаметр всасывающего отверстия у вакуумного насоса VE-2100 – 6 мм (площадь поверхности 18,8 мм2). То есть для отрыва руки от отверстия диаметром 25 мм, требуется сила в 4,2 раза большая, чем для диаметра отверстия 6 мм (при одинаковом давлении). Именно по этому, когда вакуум измеряют пальцами, получается такой парадокс. Давление «P», в этом случае, рассчитывается как разница между атмосферным давлением и остаточным давлением в сосуде (то есть вакуумом в насосе). Как посчитать силу прижима какой-либо детали к поверхности? Очень просто. Можно воспользоваться формулой приведенной выше, но попробуем объяснить попроще. Например, пусть требуется узнать, с какой силой может быть прижата деталь размером 10х10 см при создании под ней вакуума насосом ВВН 1-0,75. Берём остаточное давление, которое создаёт этот вакуумный насос серии ВВН. Конкретно у этого водокольцевого насоса ВВН 1-0,75 оно составляет 0,4 атм. 1 атмосфера равна 1 кг/см2. Площадь поверхности детали – 100 см2 (10см х10 см). То есть, если создать максимальный вакуум (то есть давление на деталь будет 1 атм), то деталь прижмётся с силой 100 кг. Так как у нас вакуум 0,4 атм, то прижим составит 0,4х100=40 кг. Но это в теории, при идеальных условиях, если не будет подсоса воздуха и т.п. Реально нужно это учитывать и прижим будет на 20…40% меньше в зависимости от типа поверхности, скорости откачки, и т.п. Теперь пару слов о механических вакуумметрах. Эти устройства показывают остаточное давление в пределах 0,05…1 атм. То есть он не покажет более глубокого вакуума (будет всегда показывать «0»). Например, в любом пластинчато-роторном вакуумном насосе, по достижении его максимального вакуума, механический вакуумметр всегда будет показывать «0». Если требуется визуальное отображение значений остаточного давления, то нужно ставить электронный вакуумметр, например VG-64. Часто к нам приходят клиенты, которые формуют детали под вакуумом (например, детали из композиционных материалов: углепластика, стеклопластика и т.п.), это нужно для того, чтобы во время формовки из связующего вещества (смолы) выходил газ и тем самым улучшались свойства готового продукта, а так же деталь прижималась к форме плёнкой, из-под которой откачивают воздух. Встаёт вопрос: каким вакуумным насосом пользоваться – одноступенчатым или двухступенчатым? Обычно думают, что раз вакуум у двухступенчатого выше, то и детали получаться лучше. Вакуум у одноступенчатого насоса 20 Па, у двухступенчатого 2 Па. Кажется, что раз разница в давлении в 10 раз, то и прижиматься деталь будет гораздо сильнее. Но так ли это на самом деле? 1 атм = 100000 Па = 1 кг/см2. Значит разница в прижиме плёнки при вакууме 20 Па и 2 Па составит 0,00018 кг/см2 (кому не лень – посчитает сам). То есть, практически, разницы никакой не будет, т.к. выигрыш в 0,18 г в силе прижима погоды не сделает. Расчет времени вакуумирования емкости Как рассчитать за какое время вакуумный насос откачает вакуумную камеру? В отличии от жидкостей, газы занимают весь имеющийся объем и если вакуумный насос откачал половину воздуха, находящегося в вакуумной камере, то оставшаяся часть воздуха вновь расширится и займет весь объем. Ниже приведена формула для вычисления этого параметра. t = (V/S)*ln(p1/p2)*F, где t – время (в часах) необходимое для откачки вакуумного объема от давления p1 до давления p2 V – объем откачиваемой емкости, м3 S – быстрота действия вакуумного насоса, м3/час p1 – начальное давление в откачиваемой емкости, мбар p2 – конечное давление в откачиваемой емкости, мбар ln – натуральный логарифм F – поправочный коэффициент, зависит от конечного давления в емкости p2: – p2 от 1000 до 250 мбар F=1 – p2 от 250 до 100 мбар F=1,5 – p2 от 100 до 50 мбар F=1,75 – p2 от 50 до 20 мбар F=2 – p2 от 20 до 5 мбар F=2,5 – p2 от 5 до 1 мбар F=3 В двух словах, это всё. Надеемся, что кому-нибудь эта информация поможет сделать правильный выбор вакуумного оборудования и блеснуть знаниями за кружкой пива… |
Источник
Ртутный вакуумный барометр Эванджелисты Торричелли – учёного, впервые создавшего вакуум в лаборатории. Над поверхностью ртути в верхней части запаянной трубки – «торричелиева пустота» (вакуум, содержащий пары ртути под давлением насыщения при данной температуре).
Ва́куум (от лат. vacuum – пустота) – пространство, свободное от вещества. В технике и прикладной физике под вакуумом понимают среду, содержащую газ при давлениях, значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером среды d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т. д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (), средний () и высокий () вакуум.
Следует различать понятия физического вакуума и технического вакуума.
Технический вакуум
На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно.
Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа , связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера сосуда, в котором находится газ.
Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными (при давлении около 1 торр) говорят о достижении низкого вакуума () (1016 молекул на 1 см³). Обычно между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом стоит так называемый форвакуумный насос, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере увеличивается средняя длина свободного пробега λ молекул газа. При молекулы газа гораздо чаще сталкиваются со стенками, чем друг с другом. В этом случае говорят о высоком вакууме (10−5 торр) (1011 молекул на 1 см³). Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10−9 торр и ниже. В сверхвысоком вакууме, например, обычно проводятся эксперименты с использованием сканирующего туннельного микроскопа. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10−16 торр и ниже (1 молекула на 1 см³).
Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается уже при атмосферном давлении, поскольку диаметр поры гораздо меньше длины свободного пробега молекулы.
Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере и т. д. Высоковакуумные насосы являются сложными техническими приборами. Основные типы высоковакуумных насосов – это диффузионные насосы, основанные на увлечении молекул остаточных газов потоком рабочего газа, геттерные, ионизационные насосы, основанные на внедрении молекул газа в геттеры (например титан) и криосорбционные насосы (в основном для создания форвакуума).
Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.
Вакуум является хорошим термоизолятором; перенос тепловой энергии в нём происходит лишь за счёт теплового излучения, конвекция и теплопроводность исключены. Это свойство используется для теплоизоляции в термосах (сосудах Дьюара), состоящих из ёмкости с двойными стенками, пространство между которыми вакуумированно.
Вакуум широко применяется в электровакуумных приборах – радиолампах (например, магнетронах микроволновых печей), электронно-лучевых трубках и т. п.
Физический вакуум
Под физическим вакуумом в квантовой физике понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. При этом такое состояние вовсе не обязательно соответствует пустоте: поле в низшем состоянии может быть, например, полем квазичастиц в твёрдом теле или даже в ядре атома, где плотность чрезвычайно высока. Физическим вакуумом называют также полностью лишённое вещества пространство, заполненное полем в таком состоянии. Такое состояние не является абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами. В теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии или другими физическими параметрами (в зависимости от применяемых гипотез и теорий). Вырождение вакуума при спонтанном нарушении симметрии приводит к существованию непрерывного спектра вакуумных состояний, отличающихся друг от друга числом голдстоуновских бозонов. Локальные минимумы энергии при разных значениях какого-либо поля, отличающиеся по энергии от глобального минимума, носят название ложных вакуумов; такие состояния метастабильны и стремятся распасться с выделением энергии, перейдя в истинный вакуум или в один из нижележащих ложных вакуумов.
Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира[1] и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (упомянутых выше ложных вакуумов) является одной из главных основ инфляционной теории Большого взрыва.
См. также
- Ложный вакуум
- Эйнштейновский вакуум
- Диэлектрическая проницаемость вакуума
- Поляризация вакуума
- Вакуумное среднее
- Вакуумный конденсат
- Эфир (физика)
- Теория струн
- Ничто
Применения:
- Вакуумная формовка
Примечания
- ↑ Физическая энциклопедия, т.5. Стробоскопические приборы – Яркость/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол.:А. М. Балдин,А. М. Бонч-Бруевич и др. – М.:Большая Российская Энциклопедия,1994, 1998.-760 с.:ил. ISBN 5-85270-101-7 , стр.644
Литература
- L. B. Okun On the concepts of vacuum and mass and the for higgs (англ.) // Modern Physics Letters A. – 2012. – Vol. 27. – P. 1230041. – DOI:10.1142/S0217732312300418 – arΧiv:1212.1031
Источник
Физическая модель атмосферы
Физический опыт: из сосуда полностью выкачан воздух, физики утверждают, что внутри сосуда вакуум. Вакуумметр на сосуде показывает 1 атм вакуума.
Ва́куум (от лат. vacuus – пустой) – пространство, свободное от вещества.» – ВИКИПИДИЯ. Физики ошиблись. Такое объяснение можно дать исключительно процессу разряжения, но не вакууму. Из сосуда постепенно откачиваем воздух с атомами и молекулами, создавая РАЗРЯЖЕНИЕ.
Физика вместо науки уже давно превратилась в священную корову. Всем подавай только ссылки. Своей головой думать перестали. А зря. Своей коротенькой статьёй я постараюсь заставить людей задуматься, а так ли всё хорошо в физике? Для примера будут рассмотрены всем известные физические понятия вакуума, разряжения, воздуха и атмосферы земли.
Для начала сначала разделим исследуемое на физические тела (объекты) и инструменты воздействия на физические тела. К первой группе мы отнесём вакуум, воздух и атмосферу земли. Эти три объекта имеют свои физические характеристики – вес, объём, давление, температуру и т. д. Разрежение относится к инструментам воздействия на физические объекты. Этот физический показатель, изменяющий плотность и концентрацию веществ в изолированном пространстве с помощью изменения давления.
Но физики впихнули «невпихуемое». Они не разделили физические тела и физическое действие, разряжение. Что и привело к неправильному пониманию устройства атмосферы земли. В корне,
не правильное!
Физики сами себя обманули в процессе откачки воздуха из сосуда. В процессе разряжения воздуха в сосуде, они добились разряжения 10 в минус 8-й степени атм. Теперь строго следите за логикой.
При разряжении 10 в минус 8 степени воздуха в сосуде не осталось и воздух в сосуде никакого воздействия на объём сосуда не оказывает. Мы видим по вакуумметру, подключённому к сосуду, что вакуум в сосуде имеет давление 1 атм вакуума.
Мы обнаружили ложь учёных, они спутали естественное состояние физического тела под названием вакуум и инструмента воздействия на физические тела (в нашем случае воздух). В одной и той же точке сошлись разряжение воздуха величиной 10 в минус 8-й степени атм и давление физического тела вакуума давлением 1 атм вакуума.
Собственно это и вся подноготная лжи физиков об атмосферном давлении и земном вакууме.
Физики научились создавать разрежение воздуха до 10 в минус 8 степени атм. Производя разрежение воздуха физики обнаружили в пространстве сосуда новое физическое явление вакуум, постепенно обнажаемый разреженным воздухом. 0,1; 0,2;….0,9 атм вакуума и максимум вакуума на земле 1 атм. Мы видим, что разрежение воздуха никак не влияет на вакуум пространства. Слепцу видно, что вакуум и атмосферный воздух имеют различную физическую природу. Вакуум обладает наблюдаемыми физическими свойствами давлением 1 атм и объёмом-пространством. Воздух кроме атомов газов и тепловой энергии больше никакими физическими свойствами не обладает. Все другие свойства воздуха возникли при соединении с вакуумом пространства и под воздействием силы притяжения земли. Вакуум земли, это пространство космического эфира с уменьшенной плотностью. Сфера земного вакуума имеет давление на 1 атм меньше, чем эфир в открытом космосе.
Устройство земной атмосферы оказалось намного сложнее , чем описывают в учебниках физики. Смотрите рисунок.
Разреженное космическое пространство в 1-ну атм является пространством атмосферы, в котором находится весь воздух земли. Воздух из атмосферы не может улететь в космическое пространство, так как удерживается около земли отрицательным давлением вакуума. Космическое пространство выше 150 км над землёй, как установили физики, имеет давление 0 атм.
Пространство вакуума, как пустое от атомов место, имеет различные характеристики. Земной вакуум, создающий пространство атмосферы, имеет давление 1 атм вакуума. Вакуум космоса имеет давление 0 атм.
PS Не контролируемый обвал основ физики могут иметь тяжёлые последствия. Понимают ли это маргиналы из Российской Академии?
Источник