Vákuum [szerkesztés] Magyar www.tool-tool.com－BW Professional Cutter Expert www.tool-tool.com

Bewise Inc. www.tool-tool.com Reference source from the internet.

A vákuum egy olyan térbeli térfogat, ami lényegében nem tartalmaz anyagot, így a benne lévő nyomás sokkal alacsonyabb, mint a standard légnyomás.^[1] A szó latin eredetű, a „vacuus” melléknév jelentése: „üres, valamitől megfosztott, szabad”^[2], jóllehet egy tér soha nem lehet teljesen üres. A „tökéletes vákuum”, mint olyan inkább csak filozófiai fogalom. Valóságban még soha nem figyeltek meg „tökéletes vákuumot”, és a kvantumelmélet szerint nem is lehetséges.

Fizikusok a vákuum fogalom alatt kicsit mást értenek. Ők az ideális teszteredményeket, amelyek teljes vákuumban fordulnának elő, egyszerűen „vákuum” jelzővel látják el, például fénysebesség vákuumban, míg a valóságos tökéletlen vákuumot „részleges vákuumnak” nevezik. (Ellenőrizendő)

A vákuum minőségét azzal mérik, hogy mennyire közelíti meg az ideális vákuumot. A maradék nyomás a minőség elsődleges jelzője, legyakrabban torrban, vagy mbar-ban (1 mbar=100 Pa) adják meg. Az alacsonyabb nyomás jobb vákuumminőséget jelent. A vákuum minőségének elméleti határt szab a kvantummechanika. A világűr egy természetes jó minőségű vákuum, jobb, mint amit jelen technikai szintünkön mesterségesen elő tudunk állítani.

Nagyméretű vákuumkamra

Felfedezése és történeti felfogása [szerkesztés]

A vákuum már a görög idők óta tárgya a filozófiának, bár empirikusan nem tanulmányozták a 18. századig. A görög többnyire nem tudták elgondolni, hogy létezhet a „semmi”. Parmenidész i. e. 485 körül ontológiai úton érvelt a „semmiség” létezésének lehetőségéről. Platón a vákuum gondolatát elképzelhetetlennek tartotta. Hasonlóképp, Arisztotelész is úgy vélekedett, hogy a semmi nem lehet valami. Abból a feltételezésből kiindulva, hogy vákuumban semmi nem akadályozza a mozgást, végtelen sebesség érhető el. Végtelen sebesség nem létezhet, tehát vákuum sem létezhet. Kijelentése, mi szerint „horror vacui”, a természet irtózik az ürességtől több évszázadon keresztül érv maradt tudományos vitákban. Későbbi görög filozófusok úgy vélekedtek, hogy a vákuum létezhet valahol a „kozmoszon” kívül, de benne nem.

Torricelli higanyos barométere elsőként állított elő vákuumot laboratóriumban

A középkorban az egyház a vákuum gondolatát erkölcstelennek, sőt eretneknek tartotta. Minden hiány egyúttal Isten hiányát jelenti, visszautalva a világ teremtése előtti „semmire” .

Galileo Galilei már úgy vélekedett, hogy bár a természet kerüli a vákuumot, ezt csak korlátozottan tudja megtenni, azáltal, hogy megtölti anyaggal. 1643-ban Evangelista Torricelli, Galilei tanítványa elkezdte vizsgálni, hogy a bányaszivattyúk miért csak 10 méter magasságig képesek a vizet felszívni. Torricelli nem hitte, hogy a vákuumiszony emeli a vizet, sokkal inkább, hogy valami más nyomja fel. Megtöltött higannyal egyik végén zárt csövet, amely lefelé fordítva adott magasságú higanyoszlopot tartott meg, függetlenül attól, hogy mennyi higanyt használt. Ezzel nem csak a légnyomást fedezte fel, hanem először állított elő mesterségesen vákuumot, jóllehet ennek lehetőségét először Blaise Pascal ismerte fel.

1650-ban Otto von Guericke Magdeburg polgármestere megalkotja az első vákuumszivattyút. Ennek segítségével 1654-ben bemutatja híres kísérletét, a magdeburgi féltekéket. Emellett bizonyítja, hogy a hang nem terjed vákuumban, a gyertya nem ég, és az állatok megfulladnak.

1656-ben Robert Boyle és Robert Hooke Guericke pumpájának segítségével felfedezik az ideális gázok törvényeinek egyik speciális esetét.

Felhasználása [szerkesztés]

Az izzólámpa részleges vákuumot tartalmaz, amit általában visszatöltenek argonnal, hogy védje a volfrámspirált

A vákuum elterjedten és gyakran használt ipari eszköz. Első általános felhasználása az izzólámpa volt, ahol is védte a volfrámhuzalt a kémiai behatásoktól. Kémiai közömbössége számos ipari alkalmazásban hasznos, például elektronsugaras hegesztés, CVD, száraz marás, vagy akár a vákuumcsomagolás. A vákuumnak, mivel konvekció benne nem lehetséges, hőszigetelő képessége kiváló. Ezt felhasználják például termoszok készítésére. A vákuum segíti a kipárolgást, ezért használják szárításra, desztillálásra. A vákuumot továbbá anyag- és alkatrészmozgatásra használják ún. vákuumtappancs segítségvél a pneumatikus vezérléséknél.

Minőség [szerkesztés]

A vákuum minőségét a visszamaradt anyag jellemzi. Elsődlegesen annak abszolút nyomása, de teljes jellemzéséhez hozzátartozik még kémai összetétele, hőmérséklete és esetlegesen más paramétere is. Egyik ilyen paraméter a közepes szabad úthossz, amely azt jellemzi, hogy egy molekula átlagosan mekkora távolságot tehet meg ütközés nélkül. Ahogy a nyomás csökken, úgy nő a szabad úthossz. Ha meghaladja a tárolóedény fizikai méretét a folyadékmechanikai törvények nem alkalmazhatók. A közepes szabad úthossz atmoszférikus nyomáson levegőben kb. 70 nm, de 100 mPa-on (~1·10⁻³ Torr) szobahőmérsékletű levegőnél már kb. 10 cm.

A világűr általában sokkal üresebb, mint bármilyen mesterséges vákuum, amit létre tudunk hozni. A világűr nyomásértelmezését ugyan nehezíti, hogy ott a nyomás túlnyomó része a napszélből származik, amihez képest az izotróp gáznyomás elhanyagolható.

A vákuum minőségét osztályokra szokták bontani, bár az osztályok határai nem univerzálisan elfogadottak.

Atmoszférikus nyomás*	760 Torr	101 kPa
Elővákuum**	760 – 25 Torr	100 – 3 kPa
Középvákuum	25 – 1·10⁻³ Torr	3 kPa – 100 mPa
Nagyvákuum	1·10⁻³ – 1·10⁻⁹ Torr	100 mPa – 1 µPa
Ultra nagy vákuum	1·10⁻⁹ – 1·10⁻¹² Torr	100 nPa – 100 pPa
Extrém nagy vákuum	<1·10⁻¹² Torr	<100>
Világűr	1·10⁻⁶ – <3·10⁻¹⁷ Torr	100 µPa – <>
Tökéletes vákuum	0 Torr	0 Pa

Az atmoszférikus nyomás' változik, de értéke szabványban rögzített: 101,325 kPa (760 Torr)
Az „elővákuumot” hívják még „durva vákuum”nak is

Példák [szerkesztés]

Porszívó	kb. 80 kPa	(600 Torr)
folyadékgyűrűs vákuumszivattyú	kb. 3,2 kPa	(24 Torr)
Forgólapátos szivattyú	100 Pa – 100 mPa	(1 Torr – 10⁻³ Torr)
Izzólámpa	10 – 1 Pa	(0,1 – 0,01 Torr)
Termosz	1 – 0,1 Pa	(10⁻² – 10⁻³ Torr)
Földközeli űr	kb. 100 µPa	(10⁻⁶ Torr)
Nyomás a Holdon	kb. 1 nPa	(10⁻¹¹ Torr)
Csillagközi tér	kb. 1 fPa	(10⁻¹⁷ Torr)

Szivattyúzás [szerkesztés]

Kézi vízszivattyú. Részleges vákuumot állít elő, amit a víz kitölt, így vizet lehet felszívni a kútból

A vákuum előállításának legegyszerűbb módja egy zárt térfogatot (tartályt) megnövelni. Ezáltal a benne lévő nyomás leesik. Hasonlóképp, ahogy a mellkas kitágul, megnövekszik a tüdő térfogata, így lecsökken benne a nyomás, részleges vákuum keletkezik, amit hamarosan kitölt az atmoszférikus nyomás által bepréselt levegő.

Mivel a térfogat nem növelhető a végtelenségig, a műveletet ciklikussá kell tenni. Egy tartályt periodikusan lezárva, megnövelve, majd kinyitva és összenyomva a lecsökkentett térfogatban a nyomás meghaladja a külső nyomást, ezért kinyitva a gáz kiáramlik. Ez a dugattyús szivattyú elve (kompresszor-elv), ilyen az ábrán látható kéziszivattyú is.

Egy turbómolekuláris szivattyú metszete. Az impulzusátadás elvén nagy vákuum érhető el.

A fenti magyarázat csupán a szivattyúzás legegyszerűbb megoldását mutatja be. Az elvnek számos megvalósítása létezik, és alkalmaznak alapjaiban eltérő szivattyúkat is. Az 'impulzusátadás' elvén működő pumpák lényegesen jobb vákuumot képesek előállítani, de az elv nem használható önmagában. Fontos feltétel a magas szabad úthossz, vagyis az alacsony nyomás (<1kpa).>

A 'befogás' elévén működő szivattyúk képesek a gáztérben lévő részecskéket abszorbeálni, vagy megszilárdítani.

Egyik szivattyútípus sem univerzális, mindegyik típusnak megvannak a maga korlátai. Ami közös, hogy mindegyikük nehezen szivattyúz kis molekulasúlyú gázokat, amilyen például a hidrogén, a hélium vagy a neon.

Mérés [szerkesztés]

A vákuum mérése lényegében nyomásmérés az alacsony tartományokban, ezért nyomásegységekben mérik. SI mértékegysége a Pascal, de sok helyen használják még a bar egységeket is.

Hidrosztatikus műszerek, mint például Torricelli higanyoszlop manométere, egy függőleges folyadékoszlopból állnak, két végükön két különböző nyomáson. A folyadékoszlop súlya egyensúlyt tart a két nyomáskülönbségéből adódó erővel. Erre bármilyen folyadék alkalmas, de a higany az egyik legalkalmasabb, alacsony gőznyomása és nagy sűrűsége révén. ^[3] Ennek egy variációja a McLeod-cső, ami térfogatarányok alapján többszörözni képes a nyomást, így növelve a folyadékoszlop elmozdulását. Ez a jelenleg ismert legpontosabb közvetlen vákuummérő eszköz, akár 0,1 mPa nyomást is képes kimutatni.

Mechanikus vagy elasztikus műszerek, mint például diafragmák, Bourdon-csövek a nyomásváltozás hatására bekövetkező alakváltozás elvén működnek. Egyik elterjedt megvalósításuk, amikor a diafragma egy kondenzátor egyik fegyverzetét alkotja. Ez a műszer 10⁻⁴ Pa környékén hatásos.

A hővezetésmérők a gáz csökkenő nyomással együttjáró csökkenő hővezetőképességét használják ki. Egy árammal fűtött drót hőmérsékletét mérik adott teljesítmény mellett. A drót hőmérsékletét ekkor a hőveszteség határozza meg, ami nagyrészben a hővezetésből adódik. ^[4] Elterjedt variáció a Pirani-cső, amelyik egy darab platina huzalt használ a fűtésre, és ellenálláshőmérőként. Ez a műszer 10³ Pa-tól 0,1 Pa-ig pontos. Érzékeny a gáz összetételére, ezért az adott maradékgázra kell kalibrálni.

Az ionizációs vákuummérőket nagyvákuum rendszerekben alkalmazzák 10 Pa-tól 10^-8 Pa-ig. Működésük során a kibocsájtott elektronok ionizálják a maradék gázt, és az ionok becsapódnak a negatív elektródába. Az ionok által hordozott töltés áram formájában mérhető. Ez a műszertípus nagyon érzékeny a felületi szennyeződésekre, korrózióra, ezért védeni kell az atmoszférikus nyomástól. Gázösszetételtől való függése miatt sokszor tömegspektrométerrel kombinálva használják.

Kigázosodás [szerkesztés]

A vákuumtérbe való bepárolgást és szublimációt nevezzük kigázosodásnak. Minden anyagnak, akár folyadék, akár szilárd, van valamekkora gőznyomása, és az ő kigázosodásuk fontossá válik, amint a vákuum nyomása megközelíti azt. A kigázosodás hatása ugyanolyan, mint egy szivárgásé, korlátozza az elérhető vákuumot. Mivel a gőznyomás hőmérsékletfüggő, ezért a kigázosodás kondenzálódhat hidegebb felületeken. Ez különösen problémás optikai eszközök esetén. Egy homályos lencse például az egész űrmisszió sikerét veszélyeztetheti.

A legjelentősebb kigázosodó anyag az ember alkotta vákuumrendszerekben a kamra falán abszorbeált víz. Ez csökkenthető a kamra előzetes szárításával, illetve hevítésével. A kigázodosodott víz lecsapódhat a forgólapátos szivattyúk olajában és lecsökkenti annak hatásfokát.

Bizonyos anyagok nemkívánatosak nagyvákuum rendszerekben, mint például műanyagok, amikből oldószerek párolognak, vagy egyes fémek, pl. cink, mert magas a gőznyomásuk, vagy a palládium, mert szivacsszerűen képes megkötni a hidrogént a felületén. Ultranagyvákuum rendszereket általában előtte vákuumban hevítik, hogy ideiglenesen minden potenciálisan kigázosodó anyag gőznyomása megemelkedjen, és elszívhassák a rendszerből. Néha a rendszert jelentősen lehűtik, pl. folyékony nitrogénben, így minimalizálva a kigázosodást.

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan