Σύμφωνα με τον ορισμό της φυσικής, η έννοια του «κενού» υποδηλώνει την απουσία οποιασδήποτε ουσίας και στοιχείων της ύλης σε έναν ορισμένο χώρο, στην περίπτωση αυτή μιλάμε για απόλυτο κενό. Μερικό κενό παρατηρείται όταν η πυκνότητα της ουσίας σε μια δεδομένη θέση στο χώρο είναι χαμηλή. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτό το θέμα στο άρθρο.
Κενό και πίεση
Στον ορισμό της έννοιας «απόλυτο κενό» μιλάμε για την πυκνότητα της ύλης. Από τη φυσική είναι γνωστό ότι αν ληφθεί υπόψη η αέρια ύλη, τότε η πυκνότητα της ουσίας είναι ευθέως ανάλογη της πίεσης. Με τη σειρά του, όταν κάποιος μιλάει για μερικό κενό, υπονοεί ότι η πυκνότητα των σωματιδίων της ύλης σε ένα δεδομένο χώρο είναι μικρότερη από αυτή του αέρα σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση. Γι' αυτό το ζήτημα του κενού είναι ζήτημα πίεσης στο εν λόγω σύστημα.
Στη φυσική, η απόλυτη πίεση είναι μια ποσότητα ίση με την αναλογία της δύναμης(μετριέται σε Newton (N)), το οποίο εφαρμόζεται κάθετα σε κάποια επιφάνεια, στην περιοχή αυτής της επιφάνειας (μετρούμενη σε τετραγωνικά μέτρα), δηλαδή P=F / S, όπου P είναι πίεση, F είναι δύναμη, Το S είναι το εμβαδόν της επιφάνειας. Η μονάδα πίεσης είναι πασκάλ (Pa), επομένως 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Μερικό κενό
Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι σε θερμοκρασία 20 °C στην επιφάνεια της Γης στο επίπεδο της θάλασσας, η ατμοσφαιρική πίεση είναι 101.325 Pa. Αυτή η πίεση ονομάζεται 1η ατμόσφαιρα (ατμ.). Κατά προσέγγιση, μπορούμε να πούμε ότι η πίεση είναι 1 atm. ισούται με 0,1 MPa. Απαντώντας στην ερώτηση πόσες ατμόσφαιρες υπάρχουν σε 1 pascal, σχηματίζουμε την αντίστοιχη αναλογία και παίρνουμε ότι 1 Pa=10-5 atm. Ένα μερικό κενό αντιστοιχεί σε οποιαδήποτε πίεση στον υπό εξέταση χώρο που είναι μικρότερη από 1 atm.
Αν μεταφράσουμε τα υποδεικνυόμενα σχήματα από τη γλώσσα της πίεσης στη γλώσσα του αριθμού των σωματιδίων, τότε θα πρέπει να ειπωθεί ότι σε 1 atm. 1 m3 αέρα περιέχει περίπου 1025 μόρια. Οποιαδήποτε μείωση στην ονομαζόμενη συγκέντρωση των μορίων οδηγεί στο σχηματισμό μερικού κενού.
Μέτρηση κενού
Η πιο κοινή συσκευή για τη μέτρηση ενός μικρού κενού είναι ένα συμβατικό βαρόμετρο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο όταν η πίεση του αερίου είναι μερικές δεκάδες τοις εκατό της ατμοσφαιρικής.
Για τη μέτρηση υψηλότερων τιμών κενού, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με γέφυρα Wheatstone. Η ιδέα της χρήσης είναι η μέτρησητην αντίσταση του αισθητηρίου στοιχείου, η οποία εξαρτάται από την περιβάλλουσα συγκέντρωση μορίων στο αέριο. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η συγκέντρωση, τόσο περισσότερα μόρια χτυπούν το αισθητήριο στοιχείο και όσο περισσότερη θερμότητα μεταφέρει σε αυτά, αυτό οδηγεί σε μείωση της θερμοκρασίας του στοιχείου, γεγονός που επηρεάζει την ηλεκτρική του αντίσταση. Αυτή η συσκευή μπορεί να μετρήσει το κενό με πιέσεις 0,001 atm.
Ιστορικό υπόβαθρο
Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η έννοια του «απόλυτου κενού» απορρίφθηκε εντελώς από διάσημους αρχαίους Έλληνες φιλοσόφους, όπως ο Αριστοτέλης. Επιπλέον, η ύπαρξη ατμοσφαιρικής πίεσης δεν ήταν γνωστή μέχρι τις αρχές του 17ου αιώνα. Μόνο με την έλευση της Νέας Εποχής, άρχισαν να γίνονται πειράματα με σωλήνες γεμάτους με νερό και υδράργυρο, που έδειξαν ότι η ατμόσφαιρα της γης ασκεί πίεση σε όλα τα γύρω σώματα. Συγκεκριμένα, το 1648, ο Blaise Pascal κατάφερε να μετρήσει την πίεση χρησιμοποιώντας ένα βαρόμετρο υδραργύρου σε υψόμετρο 1000 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η μετρηθείσα τιμή αποδείχθηκε πολύ χαμηλότερη από ό,τι στο επίπεδο της θάλασσας, έτσι ο επιστήμονας απέδειξε την ύπαρξη ατμοσφαιρικής πίεσης.
Το πρώτο πείραμα που έδειξε ξεκάθαρα τη δύναμη της ατμοσφαιρικής πίεσης και υπογράμμισε επίσης την έννοια του κενού πραγματοποιήθηκε στη Γερμανία το 1654, τώρα γνωστό ως Πείραμα της Σφαίρας του Μαγδεμβούργου. Το 1654, ο Γερμανός φυσικός Otto von Guericke μπόρεσε να συνδέσει στενά δύο μεταλλικά ημισφαίρια με διάμετρο μόλις 30 cm και στη συνέχεια να αντλήσει αέρα από την προκύπτουσα δομή, δημιουργώντας έτσιμερικό κενό. Η ιστορία λέει ότι δύο ομάδες των 8 αλόγων η καθεμία, που τραβούσαν αντίθετες κατευθύνσεις, δεν μπορούσαν να χωρίσουν αυτές τις σφαίρες.
Απόλυτο κενό: υπάρχει;
Με άλλα λόγια, υπάρχει ένα μέρος στο διάστημα που δεν περιέχει καμία ύλη. Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή τη δημιουργία κενού 10-10 Pa και ακόμη λιγότερο, αλλά αυτή η απόλυτη πίεση δεν σημαίνει ότι δεν έχουν απομείνει σωματίδια ύλης στο υπό εξέταση σύστημα.
Ας στραφούμε τώρα στον πιο κενό χώρο στο Σύμπαν - στον ανοιχτό χώρο. Ποια είναι η πίεση στο κενό του χώρου; Η πίεση στο διάστημα γύρω από τη Γη είναι 10-8 Pa, σε αυτήν την πίεση υπάρχουν περίπου 2 εκατομμύρια μόρια σε όγκο 1 cm3. Αν μιλάμε για διαγαλαξιακό χώρο, τότε σύμφωνα με τους επιστήμονες, ακόμη και σε αυτόν υπάρχει τουλάχιστον 1 άτομο σε όγκο 1 cm3. Επιπλέον, το Σύμπαν μας είναι διαποτισμένο από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, φορείς της οποίας είναι τα φωτόνια. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί στην αντίστοιχη μάζα σύμφωνα με τον περίφημο τύπο του Αϊνστάιν (E=mc2), δηλαδή η ενέργεια, μαζί με την ύλη, είναι μια κατάσταση της ύλης. Αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει απόλυτο κενό στο Σύμπαν γνωστό σε εμάς.
