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En Física y por extensión , también se suele denominar así al espacio ultra alto vacío donde hay poca energía. El espacio ultra alto vacío surge como consecuencia de la transformación de ésta energía, compuesta por patrones de ondas superpuestas y entrelazadas entre sí, que experimentan un impulso de repulsión, si no consiguen liberarse de ese solapamiento se debe al empuje de las unidades adyacentes . Por extensión se suelen denominar vacío, a los espacios cuya densidad de aire y partículas es muy baja, como, por ejemplo, el espacio interestelar o vacío interestelar pero su verdadera denominación es "alto vacío". Por extensión también se denomina vacío, al lugar donde la presión que se mide es menor que la presión atmosférica normal. Hay diferentes clases de vacío: grueso o primario, medio, alto y ultra alto, y en cada caso, la presión es cada vez menor (o el vacío es cada vez más alto). Cada régimen de vacío tiene un comportamiento diferente, y sobre todo, un cierto tipo de aplicaciones, que son las que hacen del vacío algo tan importante.
Existe gran variedad de usos del vacío que son de importancia para muchas industrias y desarrollos tecnológicos, para la ciencia y para la vida diaria. El vacío se aprovecha en diversas industrias, que van desde la alimenticia hasta la automovilística, la aviación, la obtención de medicamentos, etc.
Se puede decir que el área de influencia del vacío afecta a la mayoría de las industrias, lo cual le da un lugar preeminente en el desarrollo tecnológico de un país.
Definición [editar]
De acuerdo con la definición de la Sociedad Americana de Vacío o AVS (1958), el término vacío se refiere a cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado de vacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Esto significa que en cuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado de vacío en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene características propias.
Medición del vacío [editar]
La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 × 1025 moléculas en movimiento a una velocidad promedio de 1600 kilómetros por hora. Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera estándar es igual a 760 mm Hg. Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr) como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 torr; por lo tanto 1 torr = 1/760 de una atmósfera estándar, o sea 1 torr =1,136 × 10–3 atm (1 × 10–3 es igual a 0,001 o igual a un milésimo).
Medición de bajas presiones. Pirani construyó el primer aparato capaz de medir presiones muy pequeñas, menores de 10–5 torr; está basado en que la conductividad térmica de un gas sometido a presiones inferiores a la décima de torr es una función lineal de la presión. Se dispone entonces un filamento metálico caliente en una ampolla de vidrio, unida a la bomba de vacío. La velocidad con que el calor pasa del filamento a las paredes de la ampolla determina la temperatura del filamento y, por tanto, su resistencia eléctrica, que es, en definitiva, la magnitud física que se mide y que suministra el valor de la presión.
Medidas de ionización. Tienen el mismo fundamento que las bombas de ionización, hasta el punto que éstas pueden considerarse como una consecuencia de aquéllas. Cuando se trata de medir u.h.v. se utilizan las variantes propuestas por Bayard-Alpert de aquellos aparatos, capaces de suministrar con gran exactitud presiones de hasta 10–12 torr.
El aire está compuesto por varios gases, los más importantes son el nitrógeno y el oxígeno, pero también contiene en menores concentraciones gases como dióxido de carbono, argón, neón, helio, criptón, xenón, hidrógeno, metano, óxido nitroso y vapor de agua.
Aplicaciones de las técnicas de vacío [editar]
| Aplicaciones técnicas del vacío |
| Situación física |
Objetivo |
Aplicaciones |
| Baja presión |
Se obtiene una diferencia de presión |
Sostenimiento, elevación, transporte (neumático, aspiradores, filtrado), moldeado |
| Baja densidad molecular |
Eliminar los componentes activos de la atmósfera |
Lámparas (incandescentes, fluorescentes, tubos eléctricos), fusión, sinterización, empaquetado, ecapsulado, detección de fugas |
|
Extracción del gas ocluido o disuelto |
Desecación, deshidratación, concentración, Liofiliación, Degasificación, impregnación |
|
Disminución de la transferencia de energía |
Aislamiento térmico, aislamiento eléctrico, microbalanza de vacío, simulación espacial |
| Gran recorrido libre medio |
Evitar colisiones |
Tubos electrónicos, rayos catódicos, TV, fotocélulas, fotomultiplicadores, tubos de rayos X, aceleradores de partículas, espectrómetros de masas, separadores de isótopos, microscopios electrónicos, soldadura por haz de electrones, metalización (evaporación, pulverización catódica), destilación molecular |
| Tiempo largo de formación de una monocapa |
Superficies limpias |
Estudio de la fricción, adhesión, corrosión de superficies. Prueba de materiales para experiencias espaciales. |
Barómetro de mercurio de Torricelli, que produjo el primer vacío en un laboratorio.
Durante toda la Antigüedad y hasta el Renacimiento se desconocía la existencia de la presión atmosférica. No podían por tanto dar una explicación de los fenómenos debidos al vacío. En Grecia se enfrentaron por ello dos teorías. Para Epicuro y sobre todo Demócrito (420 a. C.) y su escuela, la materia no era un todo contínuo sino que estaba compuesta por pequeñas partículas indivisibles (átomos) que se movían en un espacio vacío y que con su distinto ordenamiento dan lugar a los distintos estados físicos. Por el contrario Aristóteles excluía la noción de vacío y para justificar los fenómenos que su propia Física no podía explicar recurría al célebre aforismo según el cual "la Naturaleza siente horror al vacío" (teoría que resultó dominante durante la Edad Media y hasta el descubrimiento de la presión).
Este término de "horror vacui" fue el utilizado incluso por el propio Galileo a comienzos del siglo XVII al no poder explicar ante sus discípulos el hecho de que una columan de agua en un tubo cerrado por su extremo no se desprenda, si el tubo ha sido invertido estando sumergido el extremo libre del mismo dentro de agua. Sin embargo, supo transmitir a sus discípulos la inquietud por explicar el hecho anterior y asociado a él, porque las bombas aspirantes-impelentes (inventadas por Ctesilio, contemporáneo de Aquímedes) no podían hacer subir el agua de los pozos a una altura superior a los 10 m.
Fue hasta mediados del siglo XVII cuando el italiano Gasparo Berti realizó el primer experimento con el vacío (1640). Motivado por un interés en diseñar un experimento para el estudio de los sifones, Berti pretendía aclarar el fenómeno como una manifestación de diferencia de presión de aire en la atmósfera. Creó lo que constituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío.
Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto de presión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire. Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo, comprobó la existencia del vacío.
El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de sus extremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto era algo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubo contenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo era independiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.
La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blaise Pascal subió un barómetro con 4 kg de mercurio a una montaña a 1000 metros sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña. Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo. Así pues, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en el recipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial).
El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la parte vacía del tubo, otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se tenía presión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso en evidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.
Entonces después de varios experimentos se puede explicar bien el funcionamiento del barómetro de Torricelli: la atmósfera ejerce una presión, lo cual impide que el mercurio salga del tubo y del recipiente, es decir, cuando la presión atmosférica se iguale a la presión ejercida por la columna de mercurio, el mercurio no podrá salir del tubo. Cuando el aire pesa más, soporta una columna mayor de mercurio; y cuando pesa menos, no es capas de resistir la misma columna de mercurio, así que se escapa un poco de mercurio del tubo.
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