Absolūtais spiediens, pārspiediens, vakuums. Absolūtais vakuums un atmosfēras spiediens

Saskaņā ar fizikas definīciju jēdziens “vakuums” nozīmē vielas un vielas elementu neesamību noteiktā telpā, šajā gadījumā viņi runā par absolūtu vakuumu. Daļējs vakuums tiek novērots, ja vielas blīvums, kas atrodas noteiktā telpas vietā, ir mazs. Sīkāk aplūkosim šo jautājumu rakstā.

Vakuums un spiediens

Definējot jēdzienu "absolūts vakuums" mēs runājam par par matērijas blīvumu. No fizikas ir zināms, ka, ja ņem vērā gāzveida vielu, tad vielas blīvums ir tieši proporcionāls spiedienam. Savukārt, runājot par daļēju vakuumu, tie nozīmē, ka vielas daļiņu blīvums noteiktā telpā ir mazāks nekā gaisam pie normāla atmosfēras spiediena. Tāpēc jautājums par vakuumu ir jautājums par spiedienu aplūkojamā sistēmā.

Fizikā absolūtais spiediens ir lielums, kas vienāds ar spēka attiecību (mērīts ņūtonos (N)), kas tiek pielikts perpendikulāri noteiktai virsmai pret šīs virsmas laukumu (mēra kvadrātmetri), tas ir, P = F/S, kur P ir spiediens, F ir spēks, S ir virsmas laukums. Spiediena mērvienība ir paskals (Pa), izrādās, ka 1 [Pa] = 1 [N]/ 1 [m 2 ].

Daļējs vakuums

Eksperimentāli noskaidrots, ka 20 °C temperatūrā uz Zemes virsmas jūras līmenī Atmosfēras spiediens ir 101 325 Pa. Šo spiedienu sauc par 1. atmosfēru (atm.). Aptuveni mēs varam teikt, ka spiediens ir 1 atm. vienāds ar 0,1 MPa. Atbildot uz jautājumu, cik daudz mēs veidojam atbilstošo proporciju un konstatējam, ka 1 Pa = 10 -5 atm. Daļējs vakuums atbilst jebkuram spiedienam attiecīgajā telpā, kas ir mazāks par 1 atm.

Ja norādītos skaitļus tulkojam no spiediena valodas daļiņu skaita valodā, tad jāsaka, ka pie 1 atm. 1 m 3 gaisa satur aptuveni 10 25 molekulas. Jebkurš šīs vērtības samazinājums izraisa daļēja vakuuma veidošanos.

Vakuuma mērīšana

Visizplatītākais instruments nelielu vakuumu mērīšanai ir parastais barometrs, ko var izmantot tikai gadījumos, kad gāzes spiediens ir vairāki desmiti procentu no atmosfēras spiediena.

Lai izmērītu augstākas vakuuma vērtības, izmantojiet elektriskā shēma ar Vitstonas tiltu. Lietošanas ideja ir izmērīt sensora elementa pretestību, kas ir atkarīga no molekulu koncentrācijas to apkārtējā gāzē. Jo lielāka šī koncentrācija, jo vairāk molekulu ietriecas jutīgajā elementā un jo vairāk siltuma tas pārnes uz tiem, tas noved pie elementa temperatūras pazemināšanās, kas ietekmē tā elektriskā pretestība. Šī ierīce var izmērīt vakuumu ar spiedienu 0,001 atm.

Vēsturiska atsauce

Interesanti atzīmēt, ka jēdzienu "absolūtais vakuums" pilnībā noraidīja slavenie sengrieķu filozofi, piemēram, Aristotelis. Turklāt atmosfēras spiediena esamība nebija zināma līdz 17. gadsimta sākumam. Tikai ar mūsdienu iestāšanos sāka veikt eksperimentus ar caurulēm, kas pildītas ar ūdeni un dzīvsudrabu, kas parādīja, ka zemes atmosfēra izdara spiedienu uz visiem apkārtējiem ķermeņiem. Jo īpaši 1648. gadā Blēzs Paskāls spēja izmērīt spiedienu 1000 metru augstumā virs jūras līmeņa, izmantojot dzīvsudraba barometru. Izmērītā vērtība izrādījās daudz zemāka nekā jūras līmenī, tādējādi zinātnieks pierādīja atmosfēras spiediena esamību.

Pirmais eksperiments, kas skaidri demonstrēja atmosfēras spiediena spēku un uzsvēra arī vakuuma jēdzienu, tika veikts Vācijā 1654. gadā, tagad to sauc par Magdeburgas sfēru eksperimentu. 1654. gadā vācu fiziķis Otto fon Gēriks spēja cieši savienot divas metāla puslodes, kuru diametrs bija tikai 30 cm, un pēc tam izsūknēja gaisu no iegūtās struktūras, tādējādi radot daļēju vakuumu. Vēsture vēsta, ka divas komandas pa 8 zirgiem katrā, velkot pretējos virzienos, nav spējušas šīs sfēras atdalīt.

Absolūtais vakuums: vai tas pastāv?

Citiem vārdiem sakot, vai kosmosā ir vieta, kurā nav nekādas matērijas? Mūsdienu tehnoloģijasļauj izveidot 10 -10 Pa vai pat mazāku vakuumu, tomēr šis absolūtais spiediens nenozīmē, ka aplūkojamajā sistēmā nav palikušas vielas daļiņas.

Tagad pievērsīsimies vistukšākajai vietai Visumā - pie atklāta telpa. Kāds ir spiediens kosmosa vakuumā? Spiediens iekšā kosmosā ap Zemi ir 10 -8 Pa, pie šī spiediena ir aptuveni 2 miljoni molekulu 1 cm 3 tilpumā. Ja mēs runājam par starpgalaktisko telpu, tad, pēc zinātnieku domām, pat tajā ir vismaz 1 atoms 1 cm 3 tilpumā. Turklāt mūsu Visums ir caurstrāvots ar elektromagnētisko starojumu, kura nesēji ir fotoni. Elektromagnētiskā radiācija ir enerģija, ko var pārvērst atbilstošā masā, izmantojot Einšteina slaveno formulu (E = m*c 2), tas ir, enerģija kopā ar vielu ir matērijas stāvoklis. No tā izriet, ka mums zināmajā Visumā nepastāv absolūts vakuums.

Izvēloties vakuumsūkni (vai kompresoru) un novērtējot tā piemērotību lietošanai noteiktā tehnoloģijā, tiek izmantoti divi galvenie raksturlielumi:

• SPIEDIENS
• IZPILDE

Vakuumsūknim vai kompresoram, ko meklē potenciālais lietotājs, pirmkārt, ir jānodrošina nepieciešamais spiediena līmenis. Tad uzdevums ir iegūt šo spiedienu noteiktā laika periodā. Ātrumu, pie kura tiek iegūta iestatītā spiediena vērtība, nosaka vakuumsūkņa sūknēšanas ātrums. Šajā gadījumā gāzes kompresori sūknē gāzes un rada spiedienu, kas pārsniedz atmosfēras spiedienu. Vakuumsūkņi rada spiedienu zem atmosfēras, t.i. izveidot vakuumu.

Šajā rakstā tiks runāts par zems spiediens, t.i. par VAKUUMu kā galveno tehniskās specifikācijas visi vakuuma sūkņi. Vakuuma radīšana vai radīšana ar ierīci ir dinamisks atmosfēras spiediena samazināšanas process tilpumā un laikā. Meklējot un izvēloties vakuumsūkni, pamatojoties uz vakuuma līmeni, viņi parasti runā par diviem vakuumsūkņa raksturlielumiem, kas saistīti ar spiedienu:

• maksimālais atlikušais spiediens (vai galīgais vakuums, maksimālais spiediens)
• darba spiediens (vai darba vakuums, darba spiediens)

Ierobežojiet atlikušo spiedienu - šī ir labākā (augstākā) vakuuma vērtība, ko var sasniegt šī vakuuma sūkņa konstrukcija. Ir svarīgi to saprast, kad vakuumsūknis to sasniedz robežvērtība vakuums, gāzes sūknēšanas veiktspēja kļūst par nulli, t.i. atsūknēšana apstājas, un turpmāk, sūknim darbojoties, šī maksimālā spiediena vērtība tiks uzturēta kā noteikts sasniegtais līdzsvara stāvoklis “izsūknētā tilpuma” sistēmā.

Parasti maksimālā atlikušā spiediena vērtība tiek sasniegta tikai tad, kad vakuumsūknis darbojas “pašpiedziņas” režīmā, t.i. ar aizsērētu ieplūdes cauruli. To var izskaidrot pavisam vienkārši: pieslēdzot sūknim tehnoloģiskos apjomus (konteinerus, cauruļvadus, savienojumus, kameras utt.), vienmēr rodas noplūdes (noplūdes) vai gāzes desorbcijas parādības, kas neļauj sūknējamajam tilpumam sasniegt maksimālo. vakuuma vērtība, ko pats sūknis var radīt.

Darba spiediens - šī ir dotā vakuuma vērtība, kas ir jānodrošina un jāuztur vakuumsūknim konkrētā tehnoloģijā vai procesā.

Izvēloties vakuumsūkni, tā maksimālajam atlikušajam spiedienam jābūt nedaudz labākam par darba spiedienu. Šķiet, ka tas nodrošina zināmu "drošības rezervi", t.i. garantēt, ka procesā nepieciešamais spiediens tiks sasniegts, izmantojot šo konkrēto vakuumsūkni.

2. Gāzes spiediens tilpumā. Atmosfēras spiediens. Jēdziens "VAKUUMS".

Gāzu spiediens slēgtā tilpumā ir kopējais spēks, ko iedarbojas nepārtraukti kustīgu gāzes molekulu triecieni (spiedumi) tilpuma sieniņās to pastāvīgās Brauna kustības un sadursmes rezultātā savā starpā un ar gāzu cietajām sienām. kuģis.

Spiediena SI pamatvienība ir "Pa" (paskāls):

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

Citas vispārpieņemtas spiediena vienības un to attiecības ir parādītas 1. tabulā:

1. tabula
Spiediena mērvienība	bārs	mbar	mm. rt. Art.	m ūdens Art.	Pa	kPa	MPa	atm.	plkst.	kgf/cm2	psi
Bārs	1	1000	750	10,2	100 000	100	0,1	0,9869	1,02	1,02	14,5

Atmosfēras spiediens - tas ir spiediens, ko rada gaisa kolonnas masa kā gāzu maisījums, kas stiepjas vairāk nekā 1000 km augstumā no zemes un okeāna virsmas. Jāsaprot, ka jo augstāk šī atmosfēras spiediena mērīšanas punkts atrodas no jūras virsmas, jo mazāk koncentrēta atmosfēra, jo retāks ir gāzu maisījums (it kā to masa tiek atšķaidīta milzīgā tilpumā, pieaugot augstumam) un, kā rezultātā šī gāzu maisījuma spiediens pazeminās, pieaugot augstumā (sk. 2. att.). Kāpēc? Vienkārši planēta Zeme jau ilgu laiku ir trīskāršojusies, ap kuru ir atmosfēra, piemēram, gāzes aura ap bumbu. Pateicoties šai atmosfēras aurai, dzīvo organismi un notiek visvitālākās vielu reakcijas, kas nepārtraukti patērē skābekli, un augi, kas pastāvīgi ražo šo skābekli un atjauno t.s. atmosfēras skābekļa bilance. Visvairāk spilgti piemēri- tas ir vējš, degšana (kā oksidēšanās process) un dzīvo organismu, dzīvnieku, cilvēku elpošana.

Atmosfēras spiediena izmaiņu līkne līdz 12 km augstumam virs jūras līmeņa ir parādīta attēlā. 3.

Zemes atmosfēra . Ir vispārpieņemts, ka tas ir 14 galveno “zemes” gāzu maisījums (skat. 1. att.), no kurām trīs veido lauvas tiesu, kopā vairāk nekā 99% (slāpeklis - vairāk nekā 78%, skābeklis - vairāk nekā 20%, ūdens tvaiki var būt vairāk par 1%).

Zemes atmosfēra ir sadalīta zonās, pamatojoties uz spiediena un temperatūras parametriem: troposfērā, stratosfērā, mezosfērā un termosfērā (sk. 4. att.).

Vakuums - tas ir jebkurš spiediens, kura vērtība ir zem atmosfēras. Normāls atmosfēras spiediens sauszemes apstākļos tiek uzskatīts par atmosfēras kolonnas absolūto spiedienu pasaules okeāna (jūras) virsmas līmenī. Šī vērtība ir 1013 mbar abs. "abs." - šeit mēs domājam absolūto spiedienu, kas ir vienāds ar nulli gadījumā, ja tilpumā nav nevienas gāzes molekulas. Jo uz zemes virsmas, tās dziļumos un atmosfērā vienmēr ir gāzveida vielas un šķidro vielu tvaiki, tad absolūtais vakuums sauszemes apstākļos nav sasniedzams. Lai cik ātri un labi tilpumus izsūknē mūsdienu vakuumsūkņi, lai cik tie būtu noblīvēti, tilpumu sieniņu mikroskopiskajos raupjumos vienmēr ir noteikts daudzums gāzes molekulu, kuras no šiem mikroreljefiem nevar noņemt. Turklāt, ja spiediens uz kuģu sienām no ārpuses, vienmēr ir gāzes molekulas, kas izslīd cauri, it kā sūcot caur sietu, iekšpusē, pat caur cietu vielu. kristāla režģi metāli Slēgtos tilpumos vienmēr ir gāzes desorbcijas parādības, t.i. gāzes molekulu izdalīšanās no tilpuma sienām uz iekšu, vienmēr ir mikroporas un mikroplaisas, caur kurām gāzes iekļūst zonās zems spiediens. Tas viss neļauj mums iegūt absolūtu vakuumu zemes apstākļos.

	Dati: Alpi ir kalnu grēda, kas šķērso sešu valstu robežas. Viņu pašā sirdī paceļas slavenais Monblāna kalns, kas atrodas uz Francijas un Itālijas robežas. Paši Alpi ir kalnu grēda, kas stiepjas visā Eiropā gandrīz 1200 km platākajā vietā starp Itālijas Veronu un Vācijas Garmišpartenkirheni, tā ir aptuveni 260 km plata, un tā kopējā platība ir 190 tūkstoši kvadrātmetru. km. Alpi pilnībā vai daļēji atrodas 8 valstu teritorijā. Pēc dalīšanas kopējais laukums Alpu štatos, šīs valstis atrodas šādi: Lihtenšteina (100%), Monako (100%), Austrija (65%), Šveice (60%), Slovēnija (40%), Itālija (17%), Francija ( 7%), Vācijā (3%).
	Dati: Everests, zināms arī kā Chomolungma, ir augstākā virsotne pasaulē, šī kalna augstums ir 8848 metri. Everests atrodas Himalaju kalnos, kas stiepjas pāri Tibetas plato un Indogangetikas līdzenumam vairāku valstu teritorijā: Nepāla, Indija, Butāna, Ķīna. Everesta virsotne atrodas Ķīnā, bet pats kalns atrodas uz Ķīnas un Nepālas robežas.
	Dati: Civilajā un militārā aviācija Lidmašīnas iekšienē ir ļoti svarīgi uzturēt atmosfēras spiedienu, jo... kad tas tiek pacelts jebkurā augstumā no Zemes virsmas, spiediens ārā pazeminās, un tas izraisa gaisa aizplūšanu no lidmašīnas kabīnes ārējā vide. Lai tas nenotiktu, ir jāievēro divi pamatnosacījumi normālam lidojumam ar pilotu vai pasažieriem iekšā: Gaisa kuģa korpusam jābūt noslēgtam (maksimāli nav gaisa noplūdes uz āru); - gaiss korpusā jāievada ar kompresoriem ar pārmērīgu spiedienu, lai kompensētu vienmēr esošās noplūdes un gaisa mikronoplūdes uz āru. Ja militārajās lidmašīnās noplūžu problēmu iespējams atrisināt, izmantojot individuālās pilotu maskas, tad civilajās lidmašīnās, kur ir daudz pasažieru, tiek radītas īpašas. automatizētas sistēmas saglabājot atmosfēras spiedienu.

Rīsi. 3. Atmosfēras spiediena samazināšanās grafiks ar augstumu virs jūras līmeņa (no 0 līdz 12) km.

Rīsi. 4. Gaisa temperatūras sadalījuma diagramma 4 atmosfēras kolonnas slāņos:
troposfēra(līdz 11 km), stratosfēra(no 11 līdz 47 km), mezosfēra(no 47 līdz 80 km), termosfēra(vairāk nekā 80 km).

3. Vakuuma dziļuma gradācija (tehniskie vakuuma līmeņi).

Ir vairākas metodes, kā sadalīt visu iespējamo zema spiediena skalu dažādos intervālos (segmentos). Visizplatītākie ir akadēmiskais izlaidums un rūpnieciskais izlaidums.

Akadēmiskā pamatā ir gāzu blīvuma (retināšanas pakāpes) novērtēšana pēc to molekulu kustības rakstura tilpumos, mērot molekulu ceļa garumus starp to sadursmēm savā starpā un ar trauku sienām, t.i. tā sauktais samērīgs brīvie ceļa garumi. Vairāk vidējais garums brīvs molekulu ceļš, jo labāks vakuums. Tā, piemēram, ja gāzes molekulai tilpumā izdodas aizlidot no sienas uz sienu, nesaduroties ar citām molekulām, tad tas ir rādītājs, ka šādā tilpumā ir sasniegts īpaši augsts vakuums.

Tā kā mēs specializējamies rūpnieciskām vajadzībām paredzētu iekārtu piegādē, šajā rakstā mēs apsvērsim rūpniecisku pieeju vakuuma sadalīšanai 4 klasēs (intervālos). Šī metode atbilst Eiropas standartam DIN 28400. Vakuuma klases ir norādītas 2. tabulā.

2. tabula
Tehniskie vakuuma līmeņi (klases)	Spiediena diapazons
FOREVACUUM (rupjš vakuums)	(1000 līdz 1) mbar abs.
VIDĒJS VAKUUMS (smalkais vakuums)	(no 1 līdz 10 -3) mbar abs.
AUGSTS VAKUUMS	(no 10 -3 līdz 10 -7) mbar abs.
Īpaši augsts vakuums	(10 -7 un zemāk) mbar abs.

4. GĀZU FIZIKAS pamatlikumi un ideālās gāzes stāvokļa vienādojums.

	Boila-Marriott likums. Boila-Mariota likumu 1662. gadā izveidoja angļu fiziķis Roberts Boils un neatkarīgi franču zinātnieks Edme Mariots 1679. gadā, un tas izklausās šādi: Noteiktai gāzes masai nemainīgā temperatūrā tās spiediena reizinājums ir lpp uz tilpumu V ir nemainīga vērtība: PV = konst. [ 2 ] Šo likumu sauc arī par IZTERMĀLA PROCESA LIKUMU. Kā piemērs: Pakāpeniski palielinoties noteikta daudzuma gāzes tilpumam, lai tās temperatūra būtu nemainīga, pakāpeniski jāsamazinās arī gāzes spiedienam.
	Geja-Lusaka likums. Likums par gāzes daudzumu V un tā temperatūru T, ko 1802. gadā izveidoja franču zinātnieks Džozefs Gajs-Lussaks. Noteiktai gāzes masai nemainīgā spiedienā gāzes tilpuma attiecība pret tās temperatūru ir nemainīga vērtība. VT = konst. [ 3 ] Šo likumu sauc arī par ISOBAR PROCESA LIKUMU. Kā piemērs: Pakāpeniski uzkarsējot noteiktu gāzes daudzumu, lai spiediens būtu nemainīgs, gāzei arī pakāpeniski jāizplešas.
	Kārļa likums. Likums par gāzes spiedienu lpp un tā temperatūru T, ko uzstādīja Žaks Čārlzs 1787. gadā. Noteiktai gāzes masai slēgtā, noslēgtā tilpumā gāzes spiediens vienmēr ir tieši proporcionāls tās temperatūrai. PT = konst. [ 4 ] Šo likumu sauc arī par IZOHORISKO PROCESU LIKUMU. Kā piemērs: Pakāpeniski uzkarsējot noteiktu gāzes daudzumu slēgtā tilpumā, pakāpeniski palielināsies arī tās spiediens.
Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums. Vienādojumu, kas ļauj vispārināt visus trīs termodinamikas gāzes pamatlikumus, sauc par ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu vai Mendeļejeva-Klapeirona vienādojumu. Tas parāda saistību starp trim svarīgākajiem makroskopiskajiem parametriem, kas raksturo ideālās gāzes stāvokli: spiedienu p, tilpumu V, temperatūru T, un tam ir šāda forma: [ 5 ] p∗V = Const = f, kur f ir atkarīgs no gāzes veida T vai rakstot citā formā: [ 6 ] p ∗ V = m ∗R∗T μ lpp- gāzes spiediens, Pa(N/m 2) V- gāzes tilpums, m 3 m- gāzes masa, Kilograms μ - molārā masa gāze R = 8,31 J/mol ∗ K- universāla gāzes konstante, T- gāzes temperatūra, °K(grādi absolūtā skala Kelvins). Zem ideāla gāze attiecas uz gāzi, kuras daļiņas nesadarbojas no attāluma materiālie punkti un piedzīvo absolūti elastīgas sadursmes savā starpā un ar asinsvadu sieniņām. Ir svarīgi saprast, ka viss gāzes likumi darbs noteiktai gāzes masai (daudzumam). Šie likumi labi darbojas vakuuma režīmos un nav pieņemami zem ļoti augsts spiediens un temperatūras.

5. Vakuumsūkņu konstrukcijas veidi.

Ja mēs runājam par vakuuma līmeni un tā izmantošanu rūpnieciskos un pētniecības nolūkos, tad:

Masu globālajā rūpniecībā ļoti plaši tiek izmantots priekševakuums un vidējais vakuums;

Retākās augstajās tehnoloģijās tiek izmantots priekševakuums, vidējs un augsts vakuums;

Laboratorijās un pētījumos var atrast visas vakuuma klases, t.sk. un super augsts.

Lai iegūtu visas viņu izmantotās nozares klases dažādi dizaini vakuumsūkņi, kuru galvenie veidi ir parādīti 3. tabulā.

3. tabula
Sūkņa tips	Strukturālais skats (shēma)	Darba spiediena diapazons
Diafragmas vakuumsūknis: 1 sūknēšanas pakāpe - 2 sūknēšanas posmi - 3 sūknēšanas posmi - 4 sūknēšanas posmi		Attiecīgi strādājiet diapazonā: No 100 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam - no 10 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam - no 2 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam - no 0,5 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Virpuļpūtējs		no 600 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Dubultā rotora pūtējs		no 400 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Sausais lāpstiņu rotors Vakuuma sūknis		no 150 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Ūdens gredzena vakuuma sūknis		no 33 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Sausā kameras vakuuma sūknis		no 20 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Rotācijas lāpstiņas vakuumsūknis ar recirkulācijas eļļošanu		no 0,5 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Dry Scroll vakuuma sūknis
Sausais skrūves vakuuma sūknis		no 0,01 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
2 pakāpju eļļas vannas rotācijas lāpstiņas vakuumsūknis		no 0,0005 mbar abs. līdz atmosfēras spiedienam
Roots sausais vakuumsūknis (pastiprinātājs)		no 0,001 līdz 25 mbar abs.
Augsta vakuuma sūkņi: Turbomolekulārā - difūzijas tvaika eļļa - kriogēns - magnētiskā izlāde - sorbcija, jonu un heterojonu		no 10 -11 līdz 5 mbar abs.

Šajā sadaļā galvenais uzsvars likts uz sūkņiem priekšvakuuma iegūšanai, jo... Šī ir vispopulārākā niša vakuuma iekārtu tirgū un ne tikai Krievijā un NVS valstīs, bet arī visā pasaulē.

Jums arī jāzina, ka augsta vakuuma sūkņi nevar darboties bez vakuuma un vidēja vakuuma sūkņiem, jo viņi sāk strādāt tikai ar zems spiediens(parasti no vidēja vakuuma) un to izplūdei ir jānotiek vakuuma zonā, pretējā gadījumā augsts un īpaši augsts vakuums nav sasniedzams. Tas. priekšvakuuma un vidēja vakuuma sūkņi ir pieprasīti visās nozarēs, augsto tehnoloģiju jomās un zinātniskajos pētījumos.

Vakuuma jēdziens laika gaitā ir mainījies. Pašā zinātņu par apkārtējo pasauli attīstības sākumā vakuums vienkārši nozīmēja tukšumu, pat pats vakuums tiek tulkots no latīņu valodas kā “tukšums”. Tā drīzāk bija filozofiska kategorija, jo zinātniekiem nebija iespējas pētīt neko, kas pat attālināti atbilstu idejām par vakuumu. Mūsdienu tehnoloģijas par vakuumu sauc kvantu lauka stāvokli, kurā tas atrodas enerģijas stāvoklis ir zemākajā līmenī. Šo stāvokli galvenokārt raksturo fakts, ka tajā nav īstu daļiņu. Tehniskais vakuums ir ļoti reta gāze. Tas nav gluži ideāls vakuums, bet fakts ir tāds, ka tādos apstākļos tas nav sasniedzams. Galu galā visi materiāli ļauj gāzēm iziet cauri mikroskopiskos apjomos, tāpēc jebkuram traukā esošajam vakuumam būs traucējumi. Tās retināšanas pakāpi mēra, izmantojot parametru λ (lambda), kas norāda brīvās daļiņas garumu. Tas ir attālums, ko tas var nobraukt, pirms saduras ar šķērsli citas daļiņas veidā vai konteinera sienu. Augsts vakuums ir tāds, kurā gāzes molekulas var pāriet no vienas sienas uz otru, gandrīz nekad nesaskaroties viena ar otru. Zemu vakuumu raksturo pietiekams liela summa sadursmes Bet pat pieņemot, ka ir iespējams sasniegt ideālu, tomēr nevajadzētu aizmirst par tādu faktoru kā termiskais starojums – tā saukto fotonu gāzi. Pateicoties šai parādībai, vakuumā ievietota ķermeņa temperatūra pēc kāda laika kļūtu tāda pati kā trauka sienām. Tas notiks tieši siltuma fotonu kustības dēļ. Fiziskais vakuums ir telpa, kurā vispār nav masas. Bet saskaņā ar kvantu lauka teoriju pat šajā stāvoklī to nevar saukt par absolūtu tukšumu, jo fiziskajā vakuumā nepārtraukti veidojas virtuālās daļiņas. Tos sauc arī par nulles punkta lauka svārstībām. Pastāv dažādas lauka teorijas, saskaņā ar kurām bezmasas telpas īpašības var nedaudz atšķirties. Tiek pieņemts, ka vakuums var būt viens no vairākiem veidiem, no kuriem katram ir savas īpašības. Dažas kvantu lauka īpašības, kuras prognozēja teorētiskie zinātnieki, jau ir eksperimentāli apstiprinātas. Starp hipotēzēm ir arī tādas, kas var apstiprināt vai atspēkot fundamentālās fizikas teorijas. Piemēram, pieņēmums, ka ir iespējams tā sauktais viltus vakuums (dažādi vakuuma stāvokļi), ir ļoti svarīgs, lai apstiprinātu Bolšoja inflācijas teoriju.

Termiņš " vakuums", Kā fiziska parādība- vide, kurā gāzes spiediens ir zemāks par atmosfēras spiedienu.

Kvantitatīvās īpašības Vakuums ir absolūts spiediens. Spiediena mērīšanas pamatvienība iekšā Starptautiskā sistēma(SI) ir Paskāls (1 Pa = 1N/m2). Tomēr praksē ir arī citas mērvienības, piemēram, milibāri (1 mbar = 100 Pa) un Torres jeb milimetri dzīvsudrabs(1 mmHg = 133,322 Pa). Šīs vienības nav SI mērvienības, bet ir pieņemamas asinsspiediena mērīšanai.

Vakuuma līmeņi

Atkarībā no tā, cik liels spiediens ir zem atmosfēras (101325 Pa), dažādas parādības, kā rezultātā var izmantot dažādus līdzekļus šāda spiediena iegūšanai un mērīšanai. Mūsdienās ir vairāki vakuuma līmeņi, no kuriem katram ir savs apzīmējums atbilstoši spiediena intervāliem zem atmosfēras:

• Zems vakuums (LV): no 10 5 līdz 10 2 Pa,
• Vidējs vakuums (SV): no 10 2 līdz 10 -1 Pa,
• Augsts vakuums (HV): no 10 -1 līdz 10 -5 Pa,
• Īpaši augsts vakuums (UHV): no 10 -5 līdz 10 -9 Pa,
• Īpaši augsts vakuums (EHV):

Šie vakuuma līmeņi ir sadalīti trīs ražošanas grupās atkarībā no pielietojuma jomas.

- Zems vakuums: galvenokārt izmanto, ja nepieciešams izsūknēt lielu gaisa daudzumu. Zema vakuuma iegūšanai izmanto lāpstiņu tipa elektromehāniskos sūkņus, centrbēdzes, sānu kanālu sūkņus, plūsmas ģeneratorus u.c.

Zemu vakuumu izmanto, piemēram, sietspiedes rūpnīcās.

- Rūpnieciskais vakuums: Termins “rūpnieciskais vakuums” atbilst vakuuma līmenim no -20 līdz -99 kPa. Šis diapazons tiek izmantots lielākajā daļā lietojumprogrammu. Rūpnieciskais vakuums tiek iegūts, izmantojot rotācijas, šķidruma gredzenu, virzuļu sūkņus un lāpstiņu vakuuma ģeneratorus pēc Venturi principa. Rūpnieciskie vakuuma pielietojumi ietver piesūcekņu satveršanu, termoformēšanu, vakuuma iespīlēšanu, vakuuma iepakošanu utt.

- Tehniskais vakuums: atbilst vakuuma līmenim no -99 kPa. Šis vakuuma līmenis tiek iegūts, izmantojot divpakāpju rotācijas sūkņus, ekscentriskos rotācijas sūkņus, Roots vakuumsūkņus, turbomolekulāros sūkņus, difūzijas sūkņus, kriogēnos sūkņus utt.

Šo vakuuma līmeni galvenokārt izmanto liofilizācijā, metalizācijā un termiskajā apstrādē. Zinātnē tehniskais vakuums tiek izmantots kā kosmosa simulācija.

Augstākā vakuuma vērtība uz zemes ir ievērojami mazāka par vērtību absolūtais vakuums, kas paliek tīri teorētiska vērtība. Patiesībā pat kosmosā, neskatoties uz atmosfēras neesamību, nav liels skaits atomi.

Galvenais stimuls vakuuma tehnoloģiju attīstībai bija pētniecība rūpnieciskajā jomā. Pašlaik dažādās nozarēs ir liels pieteikumu skaits. Vakuumu izmanto elektrostaru lampās, kvēlspuldzēs, daļiņu paātrinātājos, metalurģijā, pārtikā un kosmosā, kodolsintēzes kontrolē, mikroelektronikā, stiklā un keramikā, zinātnē, rūpnieciskajā robotikā, piesūcekņu satveršanas sistēmās utt.

Vakuuma pielietojuma piemēri rūpniecībā

Vakuuma vairākas satveršanas sistēmas "OCTOPUS"

Vakuuma piesūcekņi - Galvenā informācija

Vakuuma piesūcekņi ir neaizstājams instruments objektu, lokšņu un dažādu priekšmetu satveršanai, pacelšanai un pārvietošanai, kurus ir grūti pārvietot ar parastajām sistēmām to trausluma vai deformācijas riska dēļ.

Pareizi lietojot, piesūcekņi nodrošina ērtu, ekonomisku un drošu darbību, kas ir pamatprincips ideālai automatizācijas projektu realizācijai ražošanā.

Ilgstoši pētījumi un uzmanība mūsu klientu prasībām ir ļāvusi mums ražot piesūcekņus, kas spēj izturēt augstu un zemas temperatūras, abrazīvs nodilums, elektrostatiskā izlāde, agresīva vide, kā arī neatstāj traipus uz nēsāto priekšmetu virsmas. Turklāt piesūcekņi atbilst EEK drošības standartiem un FDA, BGA, TSCA pārtikas standartiem.

Visi piesūcekņi ir izgatavoti no augstas kvalitātes vakuumformētiem komponentiem un ir apstrādāti ar pretkorozijas apstrādi, lai nodrošinātu ilgu kalpošanas laiku. Neatkarīgi no konfigurācijas visiem piesūcekņiem ir savs marķējums.

Astoņkāju vairāku uztveršanas sistēma

Spiediena skaitlisko vērtību nosaka ne tikai pieņemtā mērvienību sistēma, bet arī izvēlētais atskaites punkts. Vēsturiski ir izveidojušās trīs spiediena atskaites sistēmas: absolūtais, pārpalikums un vakuums (2.2. att.).

Rīsi. 2.2. Spiediena svari. Attiecības starp spiedienu

absolūtais, pārpalikums un vakuums

Absolūts spiediens mērot no absolūtās nulles (2.2. att.). Šī sistēma ir atmosfēras spiedienā. Tāpēc absolūtais spiediens ir

Absolūtais spiediens vienmēr ir pozitīva vērtība.

Pārspiediens mēra no atmosfēras spiediena, t.i. no nosacītās nulles. Lai pārietu no absolūtā uz pārspiedienu, no absolūtā spiediena ir jāatņem atmosfēras spiediens, ko aptuvenos aprēķinos var pieņemt vienāds ar 1 plkst:

Dažreiz pārmērīgu spiedienu sauc par manometrisko spiedienu.

Vakuuma spiediens vai vakuums sauc par spiediena trūkumu atmosfērā

Pārmērīgs spiediens parāda vai nu pārsniegumu virs atmosfēras spiediena, vai deficītu zem atmosfēras spiediena. Ir skaidrs, ka vakuumu var attēlot kā negatīvu pārspiedienu

Kā redzat, šīs trīs spiediena skalas atšķiras viena no otras vai nu skaitīšanas sākumā, vai virzienā, lai gan pašu skaitīšanu var veikt vienā un tajā pašā mērvienību sistēmā. Ja spiedienu nosaka tehniskajās atmosfērās, tad spiediena vienības apzīmējums ( plkst) tiek piešķirts cits burts atkarībā no tā, kāds spiediens tiek uzskatīts par “nulle” un kādā virzienā tiek ņemts pozitīvais skaitlis.

Piemēram:

Absolūtais spiediens ir 1,5 kg/cm2;

Pārmērīgs spiediens ir 0,5 kg/cm2;

Vakuums ir 0,1 kg/cm2.

Visbiežāk inženieri neinteresē absolūtais spiediens, bet gan tā atšķirība no atmosfēras spiediena, jo konstrukciju sienas (tvertne, cauruļvads utt.) parasti piedzīvo šo spiedienu starpību. Tāpēc vairumā gadījumu spiediena mērīšanas instrumenti (manometri, vakuuma mērītāji) tieši norāda uz pārmērīgu (manometra) spiedienu vai vakuumu.

Spiediena mērvienības. Kā izriet no pašas spiediena definīcijas, tā izmērs sakrīt ar sprieguma dimensiju, t.i. apzīmē spēka izmēru, kas dalīts ar laukuma izmēru.

Spiediena mērvienība Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) ir paskals - spiediens, ko rada spēks, kas vienmērīgi sadalīts pa laukumu, kas ir normāls tam, t.i., kopā ar šo spiediena mērvienību tiek izmantotas palielinātas mērvienības: kilopaskāls (kPa) un megapaskāls (MPa):

Tehnoloģijā atsevišķos gadījumos turpina izmantot tehniskās MKGSS (metrs, kilograms-spēks, sekunde, a) un fiziskās GHS (centimetrs, grams, sekunde) mērvienību sistēmas. Tiek izmantotas arī nesistēmas vienības - tehniskā atmosfēra un bārs:

Nevajadzētu arī jaukt tehnisko atmosfēru ar fizisko atmosfēru, kas joprojām ir zināma kā spiediena mērvienība:

2.1.3. Hidrostatiskā spiediena īpašības

Hidrostatiskajam spiedienam ir divas galvenās īpašības.

1. īpašums. Hidrostatiskā spiediena spēki šķidrumā miera stāvoklī vienmēr ir vērsti uz iekšu pa normālu darbības zonai, t.i. ir saspiežami.

Šo īpašību var pierādīt ar pretrunu. Ja pieņemam, ka spēki parasti ir vērsti uz āru, tad tas ir līdzvērtīgs stiepes spriegumu parādīšanās šķidrumā, ko tas nevar uztvert (tas izriet no šķidruma īpašībām).

2. īpašums. Hidrostatiskā spiediena lielums jebkurā šķidruma punktā ir vienāds visos virzienos, t.i. nav atkarīgs no tās vietnes orientācijas telpā, kurā tā darbojas

kur ir hidrostatiskie spiedieni koordinātu asu virzienā;

Tas pats jebkurā virzienā.

Lai pierādītu šo īpašību, atlasīsim elementāru tilpumu stacionārā šķidrumā tetraedra formā ar malām, kas ir paralēlas koordinātu asīm un attiecīgi vienādas ar , Un (2.3. att.).

Rīsi. 2.3. Shēma īpašuma pierādīšanai

par hidrostatiskā spiediena neatkarību no virziena

Ieviesīsim šādu apzīmējumu: - hidrostatiskais spiediens, kas iedarbojas uz seju, kas ir taisna pret asi;

Spiediens uz sejas, kas ir normāls pret asi;

Spiediens uz sejas, kas ir normāls pret asi;

Spiediens, kas iedarbojas uz slīpu seju;

šīs sejas laukums;

Šķidruma blīvums.

Pierakstīsim tetraedra līdzsvara nosacījumus (kā ciets) trīs spēka projekcijas vienādojumu un trīs momentu vienādojumu veidā:

Kad tetraedra tilpums robežās samazinās līdz nullei, darbojošos spēku sistēma tiek pārveidota par spēku sistēmu, kas iet caur vienu punktu, un tādējādi momenta vienādojumi zaudē savu nozīmi.

Tādējādi izvēlētajā tilpumā uz šķidrumu iedarbojas masas vienības spēks, kura paātrinājuma projekcijas ir vienādas ar , , Un . Hidraulikā masas spēkus ir ierasts saistīt ar masas vienību, un tā kā , masas spēka vienības projekcija skaitliski būs vienāda ar paātrinājumu.

kur , ir masas spēka vienības projekcijas uz koordinātu asīm;

Šķidruma masa;

Paātrinājums.

Izveidosim līdzsvara vienādojumu izvēlētajam šķidruma tilpumam ass virzienā , ņemot vērā, ka visi spēki ir vērsti gar normālu uz attiecīgajām zonām šķidruma tilpuma iekšpusē:

kur ir spēka projekcija no hidrostatiskā spiediena;

Spēka projekcija no spiediena;