Vytvoření vakua je proces důležitý pro mnoho oblastí vědeckého a technického výzkumu. Jak moc je však potřeba snížit tlak vzduchu, aby bylo možné mluvit o skutečném vakuu? Jeden Pascal (PPA) je vakuový tlak, který představuje sílu 1 Newton na každý metr čtvereční. Zajímalo by mě, kolik molekul plynu může být obsaženo v objemu 1 cm3 při tak nízkém tlaku?
K zodpovězení této otázky je třeba využít molekulární fyziku a zákony ideálního plynu. Malý tlak lze interpretovat jako situaci, kdy se počet molekul plynu stává srovnatelným s počet molekul vakua, přičemž objem plynu a vakua je stejný. Pomocí Avogadrova zákona a vzorce ideálního plynu lze vypočítat přibližný počet molekul plynu 1 cm3 při tlaku 1 ppa.
Vytvoření tak nízkého tlaku je však obtížný úkol, který vyžaduje použití speciálních vakuových čerpadel. Moderní technická čerpadla mohou vytvořit dostatečně vysoké vakuum, ale nemohou zcela odstranit všechny molekuly plynu. Vakuum vzniká fyzikálním a chemickým adsorpcí molekul plynu na vnitřních površích čerpadla. Skutečné vakuum, ve kterém v objemu 1 cm3 nezůstávají molekuly plynu, dokud nebylo dosaženo. Moderní čerpadla však mohou vytvářet vakua, ve kterých je počet molekul plynu tak malý, že jejich numerická hodnota může být pro mnoho praktických účelů považována za nulu.
2. Vytvoření vakua
3. Moderní technická čerpadla
4. Počet molekul plynu v 1 cm3 při vytvoření vakua 1 ppa
Vytvoření vakua 1 ppa:
Pro vytvoření tlakového vakua 1 pikopascal (ppa) se používají moderní technická čerpadla. Je však důležité poznamenat, že vakuum tohoto stupně má velmi nízký obsah molekul plynu.
1 cm 3 tlakové vakuum 1 PPA obsahuje pouze několik molekul plynu. Počet molekul lze vypočítat pomocí vzorce ideálního plynu, kde hlavní roli hraje tlak, objem a teplota.
Vytvoření tlakového vakua 1 ppa tedy umožňuje dosáhnout velmi nízkého obsahu molekul plynu v objemu 1 cm 3 .
Kolik molekul plynu obsahuje
K určení počtu molekul plynu v 1 cm 3 tlakového vakua 1 PPA je nutné použít vzorec založený na dokonalém plynném zákonu.
Ideální plynový zákon stanoví, že počet plynných molekul, N, je spojen s tlakem, V a teplotou, T, následovně:
kde P je tlak plynu, v je objem plynu, K je Boltzmannova konstanta a T je teplota.
Pro výpočet počtu molekul plynu v 1 cm 3 tlakového vakua 1 PPA je nutné znát hodnotu Boltzmannovy konstanty (k) a teploty (T).
Boltzmannova konstanta je přibližně 1.380649 x 10 -23 J/K a teplota se může lišit podle podmínek.
S přihlédnutím k těmto hodnotám lze přistoupit k výpočtu a určení počtu molekul plynu 1 cm 3 .
| Hodnota proměnné | Význam v Si |
|---|---|
| Stlačování plynu (P) | 1 ppa = 1 * 10 -6 Pa |
| Objem plynu (V) | 1 cm 3 = 1 * 10 -6 m 3 |
| Boltzmannova konstanta (k) | 1.380649 x 10 -23 J / K |
| Teplota (T) | Nastavená hodnota |
Pomocí hodnot proměnných je vložíme do vzorce a provedeme potřebné výpočty k určení počtu molekul plynu 1 cm 3 .
1 cm3 moderní
Vakuová čerpadla dnes dosahují velmi nízké úrovně zbytkového tlaku, což umožňuje efektivní odstranění molekul plynu z objemu. Přesný počet molekul v 1 cm3 vakua s hodnotou 1 ppa však závisí na typu plynu a jeho vlastnostech a podmínkách vytváření a udržování vakua.