Pressione assoluta, sovrappressione, vuoto. Vuoto assoluto e pressione atmosferica

Secondo la definizione fisica, il concetto di “vuoto” implica l'assenza di qualsiasi sostanza ed elemento di materia in un determinato spazio, in questo caso si parla di vuoto assoluto. Si osserva un vuoto parziale quando la densità della sostanza situata in un dato luogo nello spazio è bassa. Diamo uno sguardo più da vicino a questo problema nell'articolo.

Vuoto e pressione

Nel definire il concetto di “vuoto assoluto” stiamo parlando sulla densità della materia. È noto dalla fisica che se si considera la materia gassosa, la densità della sostanza è direttamente proporzionale alla pressione. A loro volta, quando parlano di vuoto parziale, intendono dire che la densità delle particelle di materia in un dato spazio è inferiore a quella dell'aria alla normale pressione atmosferica. Ecco perché la questione del vuoto è una questione di pressione nel sistema in esame.

In fisica, la pressione assoluta è una quantità pari al rapporto tra una forza (misurata in newton (N)) applicata perpendicolarmente ad una determinata superficie e l'area di quella superficie (misurata in metri quadrati), cioè P = F/S, dove P è la pressione, F è la forza, S è l'area superficiale. L'unità di misura della pressione è il pascal (Pa), risulta che 1 [Pa] = 1 [N]/ 1 [m 2 ].

Vuoto parziale

È stato sperimentalmente stabilito che ad una temperatura di 20 °C sulla superficie terrestre al livello del mare Pressione atmosfericaè 101.325 Pa. Questa pressione è chiamata prima atmosfera (atm.). Approssimativamente possiamo dire che la pressione è di 1 atm. equivale a 0,1 MPa. Rispondendo alla domanda su quanto componiamo la proporzione corrispondente troviamo che 1 Pa = 10 -5 atm. Un vuoto parziale corrisponde a qualsiasi pressione nello spazio in esame inferiore a 1 atm.

Se traduciamo le cifre indicate dal linguaggio della pressione nel linguaggio del numero di particelle, allora va detto che a 1 atm. 1 m 3 di aria contiene circa 10 25 molecole. Qualsiasi diminuzione di questo valore porta alla formazione di un vuoto parziale.

Misura del vuoto

Lo strumento più comune per misurare il piccolo vuoto è un barometro convenzionale, che può essere utilizzato solo nei casi in cui la pressione del gas è di diverse decine di percento della pressione atmosferica.

Per misurare valori di vuoto più elevati utilizzare schema elettrico con il ponte di Wheatstone. L'idea di utilizzo è misurare la resistenza dell'elemento sensibile, che dipende dalla concentrazione di molecole nel gas che lo circonda. Maggiore è questa concentrazione, più molecole colpiscono l'elemento sensibile e più calore trasferisce loro, ciò porta ad una diminuzione della temperatura dell'elemento, che influisce sulla sua resistenza elettrica. Questo dispositivo può misurare il vuoto con pressioni di 0,001 atm.

Riferimento storico

È interessante notare che il concetto di "vuoto assoluto" fu completamente rifiutato da famosi filosofi greci antichi, come Aristotele. Inoltre, l'esistenza della pressione atmosferica non era nota fino all'inizio del XVII secolo. Solo con l'avvento dei tempi moderni iniziarono ad essere condotti esperimenti con tubi riempiti di acqua e mercurio, i quali dimostrarono che l'atmosfera terrestre esercita una pressione su tutti i corpi circostanti. In particolare, nel 1648, Blaise Pascal riuscì a misurare la pressione ad un'altitudine di 1000 metri sul livello del mare utilizzando un barometro a mercurio. Il valore misurato si è rivelato molto inferiore a quello del livello del mare, quindi lo scienziato ha dimostrato l'esistenza della pressione atmosferica.

Il primo esperimento che dimostrò chiaramente il potere della pressione atmosferica e enfatizzò anche il concetto di vuoto fu effettuato in Germania nel 1654, ora noto come Esperimento delle sfere di Magdeburgo. Nel 1654, il fisico tedesco Otto von Guericke riuscì a collegare strettamente due emisferi metallici con un diametro di soli 30 cm, e poi pompò l'aria fuori dalla struttura risultante, creando così un vuoto parziale. La storia racconta che due pariglie di 8 cavalli ciascuna, tirando in direzioni opposte, non riuscirono a separare queste sfere.

Vuoto assoluto: esiste?

In altre parole, esiste un luogo nello spazio che non contenga materia? Tecnologie moderne permettono di creare un vuoto di 10 -10 Pa o anche meno, tuttavia questa pressione assoluta non significa che non vi siano particelle di materia rimaste nel sistema in esame.

Passiamo ora allo spazio più vuoto dell'Universo: a spazio aperto. Qual è la pressione nel vuoto dello spazio? Pressione dentro spazio intorno alla Terra è di 10 -8 Pa, a questa pressione ci sono circa 2 milioni di molecole in un volume di 1 cm 3. Se parliamo di spazio intergalattico, secondo gli scienziati, anche in esso c'è almeno 1 atomo in un volume di 1 cm 3. Inoltre, il nostro Universo è permeato di radiazioni elettromagnetiche, i cui portatori sono i fotoni. Radiazioni elettromagneticheè energia che può essere convertita nella massa corrispondente utilizzando la famosa formula di Einstein (E = m*c 2), ovvero l’energia, insieme alla materia, è uno stato della materia. Da ciò ne consegue che non esiste un vuoto assoluto nell'Universo a noi noto.

Quando si sceglie una pompa per vuoto (o un compressore) e si valuta la sua idoneità all'uso in una particolare tecnologia, vengono utilizzate due caratteristiche principali:

PRESSIONE
PRESTAZIONE

La pompa per vuoto o il compressore che un potenziale utente sta cercando deve, prima di tutto, fornire il livello di pressione richiesto. Quindi il compito è ottenere questa pressione entro un certo periodo di tempo. La velocità con cui si ottiene il valore di pressione impostato è determinata dalla velocità di pompaggio della pompa a vuoto. In questo caso, i compressori di gas pompano gas e creano pressioni superiori a quelle atmosferiche. Le pompe per vuoto generano pressioni inferiori a quella atmosferica, vale a dire creare un vuoto.

Di questo articolo parleremo bassa pressione, cioè. sul VUOTO come principale specifiche tecniche tutte le pompe per vuoto. La creazione o generazione del vuoto da parte di un dispositivo è un processo dinamico di abbassamento della pressione atmosferica in volume e tempo. Quando si cerca e si seleziona una pompa per vuoto in base al livello di vuoto, di solito si parla di due caratteristiche di una pompa per vuoto legate alla pressione:

pressione residua finale (o vuoto finale, pressione finale)
pressione di esercizio (o vuoto di esercizio, pressione di esercizio)

Pressione residua finale - questo è il valore di vuoto migliore (più alto) che il design di questa pompa per vuoto può raggiungere. È importante capirlo quando la pompa del vuoto raggiunge questo livello valore limite vuoto, le prestazioni di pompaggio del gas diventano zero, vale a dire il pompaggio si interrompe e in futuro, quando la pompa funzionerà, questo valore della pressione massima verrà mantenuto come un certo stato di equilibrio raggiunto del sistema "volume pompato".

Di norma, il valore della pressione residua massima viene raggiunto solo quando la pompa per vuoto funziona in modalità “semovente”, cioè. con il tubo di ingresso tappato. Ciò si spiega in modo molto semplice: quando alla pompa sono collegati volumi tecnologici (contenitori, tubazioni, giunti, camere, ecc.) si verificano sempre perdite (perdite) o fenomeni di desorbimento di gas che non consentono al volume pompato di raggiungere la massima valore di vuoto che la pompa stessa è in grado di creare.

Pressione di esercizio - si tratta di un dato valore di vuoto che deve essere fornito e mantenuto da una pompa per vuoto in una particolare tecnologia o processo.

Quando si sceglie una pompa per vuoto, la sua pressione residua massima dovrebbe essere leggermente migliore della pressione operativa. Ciò sembra fornire un certo “margine di sicurezza”, vale a dire garantire che la pressione richiesta nel processo venga raggiunta utilizzando questa particolare pompa per vuoto.

2. Pressione del gas nel volume. Pressione atmosferica. Il concetto di "VUOTO".

La pressione dei gas in un volume chiuso è la forza totale esercitata dagli impatti (spinte) di molecole di gas in costante movimento contro le pareti del volume, come risultato del loro costante movimento browniano e della collisione tra loro e con le pareti solide del volume. nave.

L'unità SI di base della pressione è "Pa" (Pascal):

1 Pa = 1 N/m2 = 0,01 mbar [1]

Altre unità di pressione generalmente accettate e le loro relazioni sono mostrate nella Tabella 1:

Tabella 1
Unità di pressione	sbarra	mbar	mm. rt. Arte.	M acqua Arte.	papà	kPa	MPa	ATM.	A.	kgf/cm2	psi
Sbarra	1	1000	750	10,2	100 000	100	0,1	0,9869	1,02	1,02	14,5

Pressione atmosferica - è la pressione esercitata dalla massa della colonna d'aria, come miscela di gas, che si estende fino ad un'altezza di oltre 1000 km dalla superficie terrestre e oceanica. Bisogna tenere presente che più il punto di misurazione di questa pressione atmosferica è alto dalla superficie del mare, meno concentrata è l'atmosfera, più rara è la miscela di gas (come se la loro massa si diluisse in un enorme volume crescente con l'altezza) e, di conseguenza, la pressione di questa miscela di gas diminuisce con l'aumentare dell'altezza (vedi Fig. 2). Perché? È solo che il pianeta Terra è stato triplicato per molto tempo, attorno al quale c'è un'atmosfera, come un'aura di gas attorno a una palla. Grazie a questa aura atmosferica, gli organismi vivono e si verificano le reazioni più vitali delle sostanze, che consumano costantemente ossigeno, e delle piante, che producono costantemente questo ossigeno e ripristinano il cosiddetto. bilancio dell’ossigeno atmosferico. Più vividi esempi- questo è vento, combustione (come processo di ossidazione) e respirazione di organismi viventi, animali, persone.

La curva delle variazioni della pressione atmosferica fino ad un'altitudine di 12 km sul livello del mare è mostrata in Fig. 3.

L'atmosfera terrestre . È generalmente accettato che si tratti di una miscela di 14 principali gas “terrestri” (vedi Fig. 1), di cui tre costituiscono la parte del leone, in totale oltre il 99% (azoto - più del 78%, ossigeno - più del 20%, il vapore acqueo può essere superiore all'1%).

L'atmosfera terrestre è divisa in zone in base ai parametri di pressione e temperatura: troposfera, stratosfera, mesosfera e termosfera (vedi Fig. 4).

Vuoto - questa è qualsiasi pressione il cui valore è inferiore a quello atmosferico. La pressione atmosferica normale in condizioni terrestri è considerata la pressione assoluta della colonna atmosferica al livello della superficie degli oceani (mare) del mondo. Questo valore è 1013 mbar assoluti. "addominali." - qui intendiamo la pressione assoluta, che è uguale a zero nel caso in cui non sia presente una singola molecola di gas nel volume. Perché sulla superficie della terra, nelle sue profondità e nell'atmosfera c'è sempre sostanze gassose e vapori di sostanze liquide, il vuoto assoluto è irraggiungibile in condizioni terrestri. Non importa quanto velocemente e bene i volumi vengano pompati dalle moderne pompe per vuoto, non importa quanto siano sigillate, nella microscopica rugosità delle pareti dei volumi c'è sempre una certa quantità di molecole di gas che non possono essere rimosse da questi microrilievi. Inoltre, quando c'è pressione sulle pareti dei vasi dall'esterno, ci sono sempre molecole di gas che scivolano attraverso, come se filtrassero attraverso un setaccio, all'interno, anche attraverso solidi reticoli cristallini metalli Nei volumi chiusi si verificano sempre fenomeni di desorbimento di gas, cioè rilascio di molecole di gas dalle pareti del volume verso l'interno, sono sempre presenti micropori e microfessure attraverso le quali i gas penetrano nelle zone bassa pressione. Tutto ciò non ci consente di ottenere un vuoto assoluto in condizioni terrestri.

Dati: Le Alpi sono una catena montuosa che attraversa i confini di sei paesi. Nel loro cuore si erge il famoso Monte Bianco, situato al confine tra Francia e Italia.

Le Alpi stesse sono una catena montuosa che si estende attraverso l'Europa per quasi 1.200 km; nel suo punto più largo tra l'italiana Verona e la tedesca Garmisch-Partenkirchen, è larga circa 260 km, occupando una superficie totale di 190mila metri quadrati. km. Le Alpi si trovano interamente o parzialmente sul territorio di 8 paesi. Per condivisione area totale stati appartenenti alle Alpi, questi paesi sono così dislocati: Liechtenstein (100%), Monaco (100%), Austria (65%), Svizzera (60%), Slovenia (40%), Italia (17%), Francia (7%), Germania (3%).

Dati: L'Everest, noto anche come Chomolungma, è la vetta più alta del mondo, l'altezza di questa montagna è di 8848 metri. L'Everest si trova nelle montagne dell'Himalaya, che si estendono attraverso l'altopiano tibetano e la pianura indo-gangetica nel territorio di diversi paesi: Nepal, India, Bhutan, Cina.

La vetta dell'Everest si trova in Cina, ma la montagna stessa si trova al confine tra Cina e Nepal.

Dati: In civile e aviazione militareÈ molto importante mantenere la pressione atmosferica all'interno dell'aereo, perché... quando viene sollevato a una qualsiasi altezza dalla superficie terrestre, la pressione all'esterno diminuisce e ciò comporta un deflusso di aria dalla cabina dell'aereo verso ambiente esterno. Per evitare che ciò accada, devono essere soddisfatte due condizioni fondamentali per un volo normale con il pilota o i passeggeri a bordo:

La carrozzeria dell'aeromobile deve essere sigillata (massimo assenza di perdite d'aria verso l'esterno);
- L'aria deve essere fornita all'interno dell'alloggiamento tramite compressori sotto pressione eccessiva per compensare le perdite e microperdite d'aria sempre esistenti verso l'esterno.

Se negli aerei militari è possibile risolvere il problema delle perdite utilizzando maschere pilota individuali, allora negli aerei civili, dove ci sono molti passeggeri, ne vengono create di speciali. sistemi automatizzati mantenimento della pressione atmosferica.

Riso. 3. Grafico della diminuzione della pressione atmosferica con altitudine sul livello del mare (da 0 a 12) km.

Riso. 4. Diagramma della distribuzione della temperatura dell'aria nei 4 strati della colonna atmosferica:
troposfera(fino a 11 km), stratosfera(da 11 a 47 km), mesosfera(da 47 a 80 km), termosfera(oltre 80 km).

3. Gradazione della profondità del vuoto (livelli di vuoto tecnico).

Esistono diversi metodi per suddividere l'intera possibile scala di bassa pressione in vari intervalli (segmenti). I più comuni sono il diploma accademico e il diploma industriale.

L'accademico si basa sulla valutazione della densità (grado di rarefazione) dei gas in base alla natura del movimento delle loro molecole in volume misurando le lunghezze del percorso delle molecole tra le loro collisioni tra loro e con le pareti dei vasi, ad es. cosiddetto commisurato lunghezze del percorso libero. Più lunghezza media percorso libero della molecola, migliore è il vuoto. Quindi, ad esempio, se una molecola di gas in un volume riesce a volare da una parete all'altra senza scontrarsi con altre molecole, allora questo è un indicatore che in un tale volume è stato raggiunto un vuoto ultraelevato.

Poiché siamo specializzati nella fornitura di apparecchiature per applicazioni industriali, in questo articolo considereremo un approccio industriale per dividere il vuoto in 4 classi (intervalli). Questo metodo è conforme alla norma europea DIN 28400. Le classi di vuoto sono riportate nella Tabella 2.

Tavolo 2
Livelli di vuoto tecnico (classi)	Intervallo di pressione
PREVUOTO (vuoto approssimativo)	(da 1000 a 1) mbar ass.
VUOTO MEDIO (vuoto fine)	(da 1 a 10 -3) mbar ass.
ALTO VUOTO	(da 10 -3 a 10 -7) mbar ass.
Vuoto ultraelevato	(10 -7 e inferiori) mbar ass.

4. Leggi fondamentali della FISICA DEI GAS ed equazione di stato di un gas ideale.

Legge Boyle-Marriott.

La legge Boyle-Mariotte fu stabilita dal fisico inglese Robert Boyle nel 1662 e indipendentemente dallo scienziato francese Edme Mariotte nel 1679 e suona così:

Per una data massa di gas a temperatura costante, il prodotto della sua pressione è P per volume V c'è un valore costante:

PV = cost [ 2 ]

Questa legge è anche chiamata LEGGE DEL PROCESSO ISOTERMICO.

Come esempio:

Quando il volume di una certa quantità di gas aumenta gradualmente, per mantenere costante la sua temperatura, anche la pressione del gas deve diminuire gradualmente.

Legge di Gay-Lussac.

Legge relativa al volume del gas V e la sua temperatura T, fu fondata dallo scienziato francese Joseph Gay-Lussac nel 1802.

Per una data massa di gas a pressione costante, il rapporto tra il volume del gas e la sua temperatura è un valore costante.

VT = cost [ 3 ]

Questa legge è anche chiamata LEGGE DEL PROCESSO ISOBARE.

Come esempio:

Quando una certa quantità di gas viene gradualmente riscaldata, per mantenere costante la pressione, anche il gas deve espandersi gradualmente.

La legge di Carlo.

Legge relativa alla pressione del gas P e la sua temperatura T, installato da Jacques Charles nel 1787.

Per una data massa di gas in un volume chiuso e sigillato, la pressione del gas è sempre direttamente proporzionale alla sua temperatura.

PT = cost [ 4 ]

Questa legge è anche chiamata LEGGE DEL PROCESSO ISOCORO.

Come esempio:

Quando una certa quantità di gas viene gradualmente riscaldata in un volume chiuso, anche la sua pressione aumenterà gradualmente.

Equazione di stato di un gas ideale.

L'equazione che ci permette di generalizzare tutte e tre le leggi fondamentali dei gas della termodinamica è chiamata equazione di stato dei gas ideali o equazione di Mendeleev-Clapeyron. Fornisce la relazione tra i tre parametri macroscopici più importanti che descrivono lo stato di un gas ideale: pressione p, volume V, temperatura T, e ha la forma:

[ 5 ]

p∗V	= Cost = f, dove f dipende dal tipo di gas
T

o se scritto in altra forma: [ 6 ]

p∗ V =	M	∗R∗T
	μ

P- pressione del gas, papà(N/m²)

V- volume del gas, m 3

M- massa di gas, kg

μ - massa molare gas

R = 8,31 J/mol ∗ K- costante universale dei gas,

T- temperatura del gas, °K(gradi scala assoluta Kelvin).

Sotto gas ideale si riferisce a un gas le cui particelle non interagiscono a distanza punti materiali e sperimentano collisioni assolutamente elastiche tra loro e con le pareti dei vasi sanguigni.

È importante capire che tutto leggi sui gas lavoro per una massa (quantità) fissa di gas.

Queste leggi funzionano bene per i regimi di vuoto e non sono accettabili in condizioni molto rigide alte pressioni e temperature.

5. Tipologie di progettazione delle pompe per vuoto.

Se parliamo del livello di vuoto e del suo utilizzo per scopi industriali e di ricerca, allora:

Nell'industria globale di massa, il pre-vuoto e il vuoto medio sono molto utilizzati;

Nelle alte tecnologie più rare vengono utilizzati il prevuoto, il medio e l'alto vuoto;

Nei laboratori e nella ricerca puoi trovare tutte le classi di vuoto, incl. e super alto.

Per ottenere tutte le classi nell'industria che utilizzano vari disegni pompe per vuoto, le cui principali tipologie sono riportate nella Tabella 3.

Tabella 3
Tipo di pompa	Vista strutturale (schema)	Intervallo di pressione operativa
Pompa per vuoto a membrana: 1 stadio di pompaggio - 2 stadi di pompaggio - 3 stadi di pompaggio - 4 stadi di pompaggio		Di conseguenza, lavorare nella gamma: Da 100 mbar ass. fino alla pressione atmosferica - da 10 mbar ass. fino alla pressione atmosferica - da 2 mbar ass. fino alla pressione atmosferica - da 0,5 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Soffiatore a vortice		da 600 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Ventilatore a doppio rotore		da 400 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Rotore a palette secche Pompa a vuoto		da 150 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto ad anello d'acqua		da 33 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto a camma a secco		da 20 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto rotativa a palette con lubrificazione a ricircolo		da 0,5 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto a spirale a secco
Pompa per vuoto a vite a secco		da 0,01 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto rotativa a palette a bagno d'olio a 2 stadi		da 0,0005 mbar ass. fino alla pressione atmosferica
Pompa per vuoto a secco Roots (booster)		da 0,001 a 25 mbar ass.
Pompe per alto vuoto: Turbomolecolare - diffusione vapore-olio - criogenico - scarica magnetica - assorbimento, ionico ed eteroionico		da 10 -11 a 5 mbar ass.

In questa sezione l'enfasi principale è sulle pompe per ottenere il pre-vuoto, perché... Questa è la nicchia più popolare nel mercato delle apparecchiature per il vuoto, e non solo in Russia e nei paesi della CSI, ma in tutto il mondo.

Dovresti anche sapere che le pompe per alto vuoto non possono funzionare senza le pompe per vuoto per e medio vuoto, perché iniziano a lavorare solo con bassa pressione(di norma, da un vuoto medio) e il loro scarico deve avvenire nella zona del vuoto, altrimenti l'alto e l'altissimo vuoto non sono raggiungibili. Quello. Le pompe per pre-vuoto e medio vuoto sono richieste in tutti i settori, nei settori ad alta tecnologia e nella ricerca scientifica.

Il concetto di vuoto è cambiato nel tempo. All'inizio dello sviluppo delle scienze del mondo circostante, il vuoto significava semplicemente vuoto; anche il vuoto stesso viene tradotto dal latino come "vuoto". Era più una categoria filosofica, poiché gli scienziati non avevano l'opportunità di studiare nulla che fosse anche lontanamente coerente con le idee sul vuoto. Quello moderno chiama vuoto lo stato di un campo quantistico in cui si trova stato energeticoè al livello più basso. Questo stato è caratterizzato principalmente dal fatto che non contiene particelle reali. Il vuoto tecnico è un gas altamente rarefatto. Questo non è proprio un vuoto ideale, ma il fatto è che date le condizioni è irraggiungibile. Dopotutto, tutti i materiali consentono il passaggio dei gas in volumi microscopici, quindi qualsiasi vuoto contenuto in un recipiente avrà interferenze. Il grado della sua rarefazione si misura utilizzando il parametro λ (lambda), che indica la lunghezza della particella libera. Questa è la distanza che può percorrere prima di scontrarsi con un ostacolo sotto forma di un'altra particella o della parete di un contenitore. Un vuoto spinto è quello in cui le molecole di gas possono passare da una parete all'altra senza quasi mai scontrarsi tra loro. Il vuoto basso è caratterizzato da sufficiente grande quantità collisioni Ma anche se assumiamo che sia possibile raggiungere l'ideale, non dovremmo comunque dimenticare un fattore come la radiazione termica, il cosiddetto gas fotonico. Grazie a questo fenomeno, la temperatura di un corpo posto nel vuoto diventerebbe, dopo qualche tempo, uguale a quella delle pareti del recipiente. Ciò avverrà proprio a causa del movimento dei fotoni termici. Un vuoto fisico è uno spazio in cui non esiste alcuna massa. Ma, secondo la teoria quantistica dei campi, anche in questo stato non può essere chiamato vuoto assoluto, poiché le particelle virtuali si formano continuamente nel vuoto fisico. Sono anche chiamate oscillazioni del campo di punto zero. Esistono varie teorie sul campo, secondo le quali le proprietà dello spazio privo di massa possono variare leggermente. Si presuppone che il vuoto possa essere di diversi tipi, ognuno dei quali ha le proprie caratteristiche. Alcune delle proprietà del campo quantistico previste dagli scienziati teorici sono già state confermate sperimentalmente. Tra le ipotesi ci sono anche quelle che possono confermare o confutare teorie fondamentali della fisica. Ad esempio, l’ipotesi che siano possibili i cosiddetti falsi vacua (vari stati di vuoto) è molto importante per confermare la teoria dell’inflazione del Bolshoi.

Il termine " vuoto", Come fenomeno fisico- un ambiente in cui la pressione del gas è inferiore alla pressione atmosferica.

Caratteristiche quantitative Il vuoto è la pressione assoluta. L'unità base di misura della pressione in Sistema internazionale(SI) è Pascal (1 Pa = 1N/m2). Tuttavia nella pratica esistono anche altre unità di misura, come i millibar (1 mbar = 100 Pa) e il Torres o i millimetri mercurio(1 mmHg = 133,322 Pa). Queste unità non sono unità SI, ma sono accettabili per misurare la pressione sanguigna.

Livelli di vuoto

A seconda di quanto la pressione è inferiore a quella atmosferica (101325 Pa), vari fenomeni, per cui è possibile utilizzare vari mezzi per ottenere e misurare tale pressione. Al giorno d'oggi esistono diversi livelli di vuoto, ognuno dei quali ha la propria designazione in base agli intervalli di pressione al di sotto dell'atmosfera:

Basso vuoto (LV): da 10 5 a 10 2 Pa,
Vuoto medio (SV): da 10 2 a 10 -1 Pa,
Alto vuoto (HV): da 10 -1 a 10 -5 Pa,
Vuoto ultraalto (UHV): da 10 -5 a 10 -9 Pa,
Vuoto estremamente elevato (EHV):

Questi livelli di vuoto sono suddivisi in tre gruppi di produzione a seconda del campo di applicazione.

- Basso vuoto: Utilizzato principalmente dove è necessario pompare grandi quantità di aria. Per ottenere un basso vuoto vengono utilizzate pompe elettromeccaniche del tipo a palette, centrifughe, pompe a canale laterale, generatori di flusso, ecc.

Il basso vuoto viene utilizzato, ad esempio, nelle fabbriche di serigrafia.

- Aspirapolvere industriale: Il termine “vuoto industriale” corrisponde ad un livello di vuoto compreso tra -20 e -99 kPa. Questa gamma viene utilizzata nella maggior parte delle applicazioni. Il vuoto industriale è ottenuto utilizzando pompe rotative, ad anello liquido, a pistoni e generatori di vuoto a palette secondo il principio Venturi. Le applicazioni del vuoto industriale includono presa a ventosa, termoformatura, bloccaggio a vuoto, confezionamento sottovuoto, ecc.

- Vuoto tecnico: corrisponde al livello di vuoto da -99 kPa. Questo livello di vuoto è ottenuto utilizzando pompe rotative bistadio, pompe rotative eccentriche, pompe per vuoto Roots, pompe turbomolecolari, pompe a diffusione, pompe criogeniche, ecc.

Questo livello di vuoto viene utilizzato principalmente nella liofilizzazione, metallizzazione e trattamento termico. Nella scienza, il vuoto tecnico viene utilizzato come simulazione dello spazio esterno.

Il valore di vuoto più alto sulla terra è significativamente meno del valore vuoto assoluto, che rimane un valore puramente teorico. Infatti, anche nello spazio, nonostante l'assenza di atmosfera, non esiste un gran numero di atomi.

L'impulso principale per lo sviluppo della tecnologia del vuoto è venuto dalla ricerca in campo industriale. Attualmente esistono numerose applicazioni in diversi settori. Il vuoto viene utilizzato nei tubi a raggi elettromagnetici, nelle lampade a incandescenza, negli acceleratori di particelle, nella metallurgia, nel settore alimentare e aerospaziale, nel controllo della fusione nucleare, nella microelettronica, nel vetro e nella ceramica, nella scienza, nella robotica industriale, nei sistemi di presa a ventosa, ecc.

Esempi di applicazioni del vuoto nell'industria

Sistemi di presa multipla a vuoto "OCTOPUS"

Ventose a vuoto - informazioni generali

Le ventose sono uno strumento indispensabile per afferrare, sollevare e spostare oggetti, lastre e oggetti vari difficilmente movimentabili con i sistemi tradizionali a causa della loro fragilità o rischio di deformazione.

Se utilizzate correttamente, le ventose garantiscono un funzionamento comodo, economico e sicuro, che è un principio fondamentale per la realizzazione ideale di progetti di automazione nella produzione.

La ricerca pluriennale e l'attenzione alle esigenze dei nostri clienti ci hanno permesso di produrre ventose in grado di resistere ad alte e elevate sollecitazioni basse temperature, usura abrasiva, scariche elettrostatiche, ambienti aggressivi, ed inoltre non lasciano macchie sulla superficie degli oggetti trasportati. Inoltre le ventose sono conformi agli standard di sicurezza CEE e agli standard alimentari FDA, BGA, TSCA.

Tutte le ventose sono realizzate con componenti formati sottovuoto di alta qualità e sono trattate con trattamento anticorrosivo per una lunga durata. Indipendentemente dalla configurazione, tutte le ventose hanno la propria marcatura.

Sistema di cattura multipla del polipo

Il valore numerico della pressione è determinato non solo dal sistema di unità adottato, ma anche dal punto di riferimento selezionato. Storicamente si sono sviluppati tre sistemi di riferimento della pressione: assoluta, eccesso e vuoto (Fig. 2.2).

Riso. 2.2. Scale di pressione. Relazione tra pressione

assoluto, eccesso e vuoto

Pressione assoluta misurato dallo zero assoluto (Fig. 2.2). Questo sistema è a pressione atmosferica. Pertanto, la pressione assoluta è

La pressione assoluta è sempre un valore positivo.

Sovrapressione misurato dalla pressione atmosferica, vale a dire dallo zero condizionale. Per passare dalla pressione assoluta a quella in eccesso è necessario sottrarre alla pressione assoluta la pressione atmosferica, che nei calcoli approssimativi può essere considerata pari a 1 A:

A volte la pressione in eccesso viene chiamata pressione relativa.

Pressione di vuoto o vuoto chiamata mancanza di pressione atmosferica

La pressione eccessiva indica un eccesso al di sopra della pressione atmosferica o una carenza al di sotto della pressione atmosferica. È chiaro che il vuoto può essere rappresentato come una sovrappressione negativa

Come si può vedere, queste tre scale di pressione differiscono tra loro o all'inizio o nella direzione del conteggio, sebbene il conteggio stesso possa essere effettuato nello stesso sistema di unità. Se la pressione viene determinata in atmosfere tecniche, la designazione dell'unità di pressione ( A) viene assegnata un'altra lettera, a seconda di quale pressione si considera “zero” e in quale direzione viene preso il conteggio positivo.

Per esempio:

La pressione assoluta è di 1,5 kg/cm2;

La sovrapressione è di 0,5 kg/cm2;

Il vuoto è di 0,1 kg/cm2.

Molto spesso, un ingegnere non è interessato alla pressione assoluta, ma alla sua differenza rispetto alla pressione atmosferica, poiché le pareti delle strutture (serbatoio, tubazione, ecc.) Di solito subiscono la differenza tra queste pressioni. Pertanto, nella maggior parte dei casi, gli strumenti per la misurazione della pressione (manometri, vacuometri) indicano direttamente l'eccesso di pressione (relativa) o il vuoto.

Unità di pressione. Come risulta dalla definizione stessa di pressione, la sua dimensione coincide con la dimensione dello stress, cioè rappresenta la dimensione della forza divisa per la dimensione dell'area.

L'unità di pressione nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è il pascal - la pressione causata da una forza uniformemente distribuita su un'area ad essa normale, ad es. Insieme a questa unità di pressione, vengono utilizzate unità ingrandite: kilopascal (kPa) e megapascal (MPa):

Nella tecnologia, in alcuni casi, continuano ad essere utilizzati i sistemi di unità tecnici MKGSS (metro, chilogrammo-forza, secondo, a) e fisici GHS (centimetro, grammo, secondo). Vengono utilizzate anche unità non di sistema: atmosfera tecnica e bar:

Inoltre non bisogna confondere l'atmosfera tecnica con l'atmosfera fisica, che è ancora piuttosto comune come unità di pressione:

2.1.3. Proprietà della pressione idrostatica

La pressione idrostatica ha due proprietà principali.

1a proprietà. Le forze della pressione idrostatica in un fluido a riposo sono sempre dirette verso l'interno lungo la normale all'area d'azione, cioè sono compressivi.

Questa proprietà può essere dimostrata per contraddizione. Se assumiamo che le forze siano dirette normalmente verso l'esterno, ciò equivale alla comparsa di tensioni di trazione nel liquido, che non può percepire (questo deriva dalle proprietà del liquido).

2a proprietà. L'entità della pressione idrostatica in qualsiasi punto del liquido è la stessa in tutte le direzioni, cioè non dipende dall'orientamento nello spazio del sito su cui agisce

dove sono le pressioni idrostatiche nella direzione degli assi coordinati;

Lo stesso in qualsiasi direzione.

Per dimostrare questa proprietà, scegliamo un volume elementare in un fluido stazionario sotto forma di un tetraedro con bordi paralleli agli assi coordinati e corrispondentemente uguali a , E (Fig. 2.3).

Riso. 2.3. Schema per dimostrare la proprietà

sull'indipendenza della pressione idrostatica dalla direzione

Introduciamo la seguente notazione: - pressione idrostatica agente su una faccia normale all'asse;

Pressione sulla faccia normale all'asse ;

Pressione agente su una faccia inclinata;

L'area di questa faccia;

Densità del liquido.

Scriviamo le condizioni di equilibrio per il tetraedro (come per solido) sotto forma di tre equazioni di proiezione della forza e tre equazioni del momento:

Quando il volume del tetraedro diminuisce fino a zero nel limite, il sistema di forze agenti si trasforma in un sistema di forze che passano per un punto e, quindi, le equazioni dei momenti perdono il loro significato.

Pertanto, all'interno del volume selezionato, sul liquido agisce una forza di massa unitaria, le cui proiezioni di accelerazione sono uguali a , , E . In idraulica, è consuetudine mettere in relazione le forze di massa con un'unità di massa e, poiché , la proiezione di una forza di massa unitaria sarà numericamente uguale all'accelerazione.

dove ,, sono le proiezioni di una forza di massa unitaria sugli assi coordinati;

Massa di liquido;

Accelerazione.

Creiamo un'equazione di equilibrio per il volume di liquido selezionato nella direzione dell'asse , tenendo conto che tutte le forze sono dirette lungo le normali alle aree corrispondenti all'interno del volume del liquido:

dov'è la proiezione della forza dalla pressione idrostatica;

Proiezione della forza dalla pressione;