Principio de vacío
Introducción al vacío
El significado y características del vacío
El desarrollo histórico de la comprensión humana del vacío
El características del vacío
Tecnología de utilización del entorno de vacío y microgravedad
Vacío físico
[Editar este párrafo] Introducción al vacío
Vacío:
zhēn káng
Vacío británico
Según su significado etimológico es vacío, es decir, un espacio sin nada según el punto de vista de la física moderna; , el vacío no está vacío. Contiene un contenido físico extremadamente rico. Existe la teoría de que cuando la presión dentro del recipiente es menor que la presión atmosférica, la parte por debajo de la presión atmosférica se llama vacío y la presión dentro del recipiente se llama presión absoluta. Otra forma de decir esto es que el espacio en un recipiente con una presión inferior a la atmosférica se llama vacío. Existen algunas diferencias entre los vacíos: cuando no hay presión en el recipiente, es decir, cuando la presión absoluta es igual a cero, se llama vacío completo; el resto se llama vacío incompleto;
[Editar este párrafo]El significado y características del vacío
En la ciencia del vacío, el vacío se refiere al estado del gas por debajo de la presión atmosférica en un espacio determinado. La gente suele llamar a este estado de gas enrarecido estado de vacío. En comparación con el estado actual de la atmósfera en la que viven los seres humanos, este estado de vacío específico tiene las siguientes características básicas:
(1) La presión del gas en el estado de vacío es inferior a una atmósfera. Por lo tanto, varios contenedores de vacío en la superficie de la tierra estarán sujetos a la presión atmosférica, y la diferencia de presión depende de la diferencia de presión entre el interior y el exterior del contenedor. Debido a que la presión atmosférica que actúa sobre la superficie terrestre es de aproximadamente 101325 N/m 2, cuando la presión dentro del contenedor es muy pequeña, la presión atmosférica que soporta el contenedor puede alcanzar una atmósfera.
(2) Debido a la rarefacción del gas en el vacío, el número de moléculas de gas por unidad de volumen, es decir, la densidad molecular del gas, es menor que la densidad molecular del gas bajo presión atmosférica. Por lo tanto, el número de colisiones entre moléculas, entre moléculas y otras partículas (como electrones, iones), y entre moléculas y diversas superficies (como paredes) se reduce relativamente, aumentando el camino libre molecular del gas.
Vacío físico
Se refiere al espacio sin partículas físicas, pero el espacio sin nada no existe. Y si expulsas todo el gas de un espacio, encontrarás que las partículas elementales aparecen y desaparecen de vez en cuando en el vacío, creando algo de la nada. El vacío físico es en realidad un océano de energía fluctuante. Cuando la energía alcanza un pico, la energía se convierte en pares de partículas elementales positivas y negativas. Cuando la energía llega a un punto mínimo, los pares de partículas elementales positivas y negativas se aniquilan entre sí y se convierten en energía.
Vacío industrial
El vacío industrial se refiere a un espacio de gas con una presión inferior a una presión atmosférica estándar. Se refiere a un estado de gas enrarecido y se puede dividir en alto vacío y vacío medio. y bajo vacío. El vasto espacio entre la Tierra y las estrellas es el vacío. Normalmente, el vacío se obtiene utilizando una bomba de aire especial. Su rarefacción de gas se mide con un vacuómetro y ahora se puede obtener un alto vacío de 0,000000001 atmósferas con bombas moleculares y bombas de difusión. El vacío tiene grandes usos en ciencia y tecnología, instrumentos eléctricos de vacío, tubos de electrones y otros instrumentos electrónicos. Rango de presión de soporte de vacío) Pa (Pascal)
Vacío bajo 760 ~ 10101325 ~ 1333
Vacío medio 10 ~ 10-3 1333 ~ 1,33×10-1.
Alto vacío 10-3 ~ 10-8 1,33×10-1 ~ 10-6
Ultra alto vacío 10-8 ~ 10-12 10-6 ~ 10
Vacío extremadamente alto< 10-12 < 10-10
Colisionador de electrones y positrones
La función del colisionador de electrones y positrones no es solo la colisión de un par de electrones. Así de sencillo es generar fotones y energía. Un par de fotones también puede colisionar para producir un par de protones positivos y negativos. La parte del vacío donde se produce la colisión puede excitarse a un estado de alta energía y producir cada vez más tipos de partículas elementales, lo que sirve para el estudio de. el origen y composición del universo.
[Editar este párrafo] El desarrollo histórico de la comprensión humana del vacío
La comprensión del vacío por parte de la humanidad ha experimentado varios cambios e iteraciones fundamentales. La teoría atómica de Demócrito de la antigua Grecia creía que toda la materia está compuesta de átomos y que no hay nada fuera de los átomos. En el siglo XVII, R. Descartes propuso la teoría del vórtice de éter, creyendo que el espacio estaba lleno de éter y la utilizó para explicar el movimiento de los planetas.
Pronto, yo, Newton, establecí la mecánica newtoniana basada en las tres leyes del movimiento y la ley de la gravitación universal, y resolví con éxito el problema de los planetas que se movían alrededor del sol. La gravedad se considera una acción a distancia y no requiere del éter como medio de transmisión, negando así la teoría del éter. La naturaleza ondulatoria de la luz se descubrió en el siglo XIX. Se creía que la propagación de las ondas debía depender del medio. En particular, la naturaleza ondulatoria del campo electromagnético se descubrió más tarde. El eterismo ha resurgido, creyendo que, sin importar cuándo y dónde en el universo, cualquier objeto está lleno de éter, y la luz y las ondas electromagnéticas se interpretan como vibraciones mecánicas del éter. Aunque el concepto cambió más tarde, y tanto la luz como las ondas electromagnéticas se consideraban vibraciones del campo electromagnético, el éter aún conservaba algunas propiedades absolutas y podía considerarse como un marco de referencia absolutamente estático para describir el movimiento de todas las cosas. A finales del siglo XIX y principios del XX, fracasaron varios experimentos que intentaban detectar la velocidad de la Tierra en relación con el éter. a. Einstein estableció la teoría especial de la relatividad, que una vez más negó la existencia de este éter absolutamente estacionario. Más tarde, cuando Einstein utilizó la perspectiva de la teoría de campos para estudiar el fenómeno de la gravedad, se dio cuenta de que había un problema con el concepto de espacio vacío. Una vez propuso la idea de que el vacío es un estado especial del campo gravitacional.
Fue P.A.M. Dirac quien dio al vacío nuevos contenidos físicos por primera vez. En 1930, para deshacerse del dilema de las soluciones de energía negativa a la ecuación de Dirac, Dirac propuso que el vacío es un mar de electrones lleno de estados de energía negativos. Cuando un electrón en un estado de energía negativa absorbe suficiente energía para saltar a un estado de energía positiva y convertirse en un electrón ordinario, puede dejar un agujero observable en el mar de electrones, es decir, un positrón. Desde la perspectiva de la energía del sistema, esta situación es más alta que el estado de vacío con solo electrones en el mar, por lo que el vacío es el estado de energía más bajo. Desde la perspectiva de la teoría cuántica de campos moderna, cada partícula corresponde a un campo cuántico, y las partículas son cuantos de campo correspondientes a la cuantificación del campo. Cuando hay una partícula en el espacio, significa que el campo cuántico está en estado excitado; por el contrario, cuando no hay ninguna partícula, significa que el campo está en estado fundamental; Por lo tanto, el vacío es un estado en el que no se excita ningún cuanto de campo, o el vacío es el estado fundamental del sistema de campo cuántico.
La comprensión moderna del vacío ya no es una cuestión de especulación filosófica, sino que puede comprobarse mediante experimentos. Muchos fenómenos deben explicarse mediante el concepto moderno de vacío. Por ejemplo, el desplazamiento Lamb de los niveles de energía atómica del hidrógeno y el inusual momento magnético de los electrones se han confirmado experimentalmente con muy alta precisión. También está bien demostrado que los electrones y positrones de alta energía chocan y se aniquilan en fotones de alta energía, y los fotones de alta energía pueden excitar una gran cantidad de partículas en el vacío. La comprensión del vacío aún se encuentra en la etapa inicial de exploración, y los físicos todavía están explorando la ruptura espontánea del vacío y la transición de fase del vacío, lo que seguramente promoverá un mayor desarrollo de la física.
[Editar este párrafo] La esencia del vacío
El vacío tiene las siguientes características:
1. Si no hubiera partículas en el vacío, mediríamos con precisión el campo (0) y la curvatura cambiante del campo (0). Pero el principio de incertidumbre de Heisenberg muestra que es imposible medir con precisión un par de yugos al mismo tiempo, por lo que puede estar "vacío", pero no "ninguno". Así, en el vacío se crean constantemente partículas a partir del aire en forma de pares de partículas virtuales y antipartículas virtuales, que se aniquilan entre sí. Durante este proceso, la energía total permanece constante.
2. El vacío es polar, por lo que el vacío es asimétrico. Pero esta asimetría es relativamente local y simétrica en su conjunto. Tal anidamiento circular constituye la propiedad del vacío.
3. Cada parte de un vacío tiene todas las propiedades de un vacío. Lo grande y lo pequeño son relativos. El tiempo también es relativo al espacio. Sin un espacio específico, el tiempo no puede existir por sí solo.
[Editar este párrafo] Tecnología de utilización del entorno de vacío y microgravedad
El entorno de vacío y microgravedad proporcionado por el vuelo orbital de las naves espaciales es un tesoro escondido que proporciona a las personas experimentos científicos que son difíciles de obtener en el terreno y las condiciones del proceso de producción, realizaron experimentos científicos que eran difíciles de realizar en el terreno y produjeron materiales, productos industriales y medicamentos que eran difíciles de producir en el terreno.
Al realizar experimentos de ciencias biológicas y biológicas en entornos de alto vacío y microgravedad, no habrá contaminación orgánica, errores de mezcla o medición, y los microorganismos como las bacterias utilizadas en los experimentos no se propagarán por todas partes, lo que lo hace muy seguro. . En condiciones de gravedad cero o microgravedad, se puede realizar la fundición sin recipientes sin mezclar impurezas, y se pueden obtener aleaciones de alta calidad con metales o no metales con diferente gravedad específica para obtener nuevos materiales de aleación; Las fluctuaciones del frío y los defectos de alta densidad pueden superar las dificultades del procesamiento terrestre. Se pueden producir productos industriales de bolas, como rodamientos de bolas con 100% de redondez, pero en el suelo, debido a la influencia de la gravedad, los rodamientos de bolas no son verdaderamente esféricos.
La medicina espacial es un aspecto importante de la utilización de entornos de vacío y microgravedad. En el suelo, debido a la gravedad de la tierra, el cultivo precipitará y los microorganismos del sedimento morirán por falta de oxígeno. Si se suministra oxígeno y se agita, las pequeñas burbujas de baja presión que se forman destruirán las células nuevamente; ; si se añade un antiespumante, el oxígeno se reducirá. La solubilidad dificulta la reproducción de microorganismos y forma un círculo vicioso; En un entorno de microgravedad, la solución de cultivo contiene una gran cantidad de burbujas y no precipitará. Los microorganismos pueden obtener oxígeno en cualquier momento y crecer más del doble de rápido que en el suelo. Se pueden fabricar muchos medicamentos con alta eficiencia y pureza, como el factor de crecimiento epidérmico para tratar quemaduras, la eritropoyetina para tratar la anemia, el suero inmunológico para prevenir y tratar infecciones virales, los inhibidores de tripsina para tratar el enfisema y la uroquinasa para tratar la trombosis. factor 8 para el tratamiento de la hemofilia, células beta para el tratamiento de la diabetes, interferón para el tratamiento del cáncer, etc. El principal método farmacéutico es la electroforesis, que separa con precisión una mezcla de diferentes componentes en diferentes componentes bajo la acción de un campo eléctrico de CC. La primera generación de su equipo es un instrumento de electroforesis estática y la segunda generación es un instrumento de electroforesis de flujo continuo.
[Editar este párrafo] Vacío físico
El vacío físico se refiere a condiciones que no tienen ningún impacto en los resultados experimentales, no al vacío.
Por ejemplo, si la resistencia del aire es insignificante, el movimiento de un objeto en el aire será el mismo que en el vacío.
Cuando el aire es muy fino y el sonido no puede propagarse, decimos que el "vacío" no puede propagar el sonido, pero al mejorar la capacidad auditiva o aumentar la potencia del sonido, se puede recibir el sonido. ¡Todo lo que podemos decir es "este grado de vacío no se puede llamar vacío para el sonido actual"!
Del mismo modo, el espacio puede transmitir luz, o puede ser el entorno del espacio. Para la luz, no se convierte en un "vacío", por lo que la luz puede transmitirse. Nadie ha demostrado que un "vacío" puro pueda transmitir luz, porque los humanos no pueden lograr ese tipo de vacío. (Esto es una inferencia, no una prueba) Además, las partículas de luz pueden propagarse en el vacío, lo que también entrará en conflicto con otra ley: en un vacío sin fuerzas externas, los objetos se moverán en línea recta a una velocidad uniforme, en lugar de ola.
La velocidad de la luz en el vidrio sólo es constante en relación con la velocidad de la luz en el vidrio. No importa cómo se mueva el vidrio en otros sistemas de referencia, todos deben admitir que el vidrio, el aire, el agua, etc. sólo pueden servir como medios ópticos para propagar la luz. En el pasado se creía erróneamente que el medio éter no es igual a la luz, por lo que no debía existir ningún medio.
La luz no es la velocidad de la luz para ningún sistema de referencia, o no puede exceder la velocidad de la luz. La velocidad de la luz sólo permanece constante en un marco de referencia "estático". Lea atentamente el artículo de Einstein sobre la electrodinámica de los objetos en movimiento. Este "estático" es un marco de referencia intermedio. De modo que el argumento de Einstein es válido bajo esta condición. El libro de texto universitario "Física general" 1 parte del supuesto de que la velocidad de la luz medida en cualquier sistema de referencia en el vacío es constante, por lo que la conclusión relativista discutida sólo es válida en el vacío. Sin embargo, ¿qué experimento relativista se realizó en el vacío? ¿No existen condiciones para utilizar la teoría de la relatividad? Por lo tanto, las discusiones en los libros de texto universitarios son infalsificables e inverificables, y no son ciencia.
Pregunta:
Las ondas sonoras y las ondas luminosas no son comparables en este aspecto.
Los portadores de ondas acústicas deben tener masa en reposo, mientras que los portadores de ondas luminosas o fotones o campos electromagnéticos no tienen masa en reposo.
Se trata de dos fluctuaciones completamente diferentes e incomparables.
El vacío físico no se refiere a condiciones que no tienen impacto en los resultados experimentales, sino que se refiere a la región espacial donde la densidad de masa estática cae por debajo de una determinada condición.
El vacío físico último es una región del espacio donde la densidad de masa en reposo distinta de cero no puede ser detectada por los medios físicos existentes.
Tenga en cuenta que el vacío físico en sí es una región espacial con un estado de energía, o una región de campo de energía, o una región de campo de fuerza.
Así que se puede decir que el vacío físico, por definición pura, es una región que sólo puede transmitir fluctuaciones del campo de fuerza. Es decir, no puede transmitir ondas mecánicas ni fluctuaciones de otros portadores de masa estacionarios.
El "vacío" filosófico es bastante puro, pero para nuestro mundo físico, su existencia es "existencia cero", es decir, no existe y no tiene significado de existencia.
Especialidad en vacío
Escuela: Universidad Tecnológica de Hefei, Universidad del Noreste.
Universidad Tecnológica de Hefei: la especialización en vacío es uno de los cuatro módulos principales de diseño mecánico, fabricación y automatización (diseño mecánico, fabricación mecánica, mecatrónica y vacío). Como tema altamente interdisciplinario, el vacío ha penetrado en todos los ámbitos de la vida, incluida la maquinaria, la electrónica, la bioingeniería, la ciencia de los materiales, la ciencia de superficies, etc.
Especialmente en los últimos años, el rápido desarrollo de algunas tecnologías emergentes ha proporcionado una etapa de aplicación cada vez más amplia para la tecnología de vacío. Desde el desarrollo de diversos nanomateriales con funciones especiales hasta la fabricación de sistemas microelectromecánicos integrados, desde el funcionamiento de grandes aceleradores de partículas y la fusión nuclear controlada hasta el lanzamiento exitoso de satélites y naves espaciales, cada vez más personas han utilizado el vacío. la conciencia es tecnología y condiciones indispensables.
El Módulo de Vacío, anteriormente conocido como Equipo y Tecnología de Adquisición de Vacío, se fundó en 1974 y es uno de los dos únicos grandes equipos de vacío del país. En los últimos 30 años se han capacitado más de 1.000 graduados universitarios. Han logrado grandes logros en el campo de la ciencia y la tecnología del vacío en el país y en el extranjero, incluidos ingenieros jefe, profesores, gerentes generales y presidentes de la junta. A lo largo de los años, los graduados en vacío de la Universidad Tecnológica de Hefei no sólo han estado activos en campos de investigación científica de alta tecnología en el país y en el extranjero, sino que también representan la mitad de la industria nacional del vacío.
A esta carrera se le otorgó el derecho a conferir el título de maestría en ingeniería del vacío en 1993. Según el catálogo de disciplinas y carreras ajustado por la Oficina de Grados del Consejo de Estado, pasó a llamarse Maquinaria e Ingeniería de Fluidos en 1997. Los cursos principales incluyen: mecánica, ingeniería de control, tecnología de vacío, tecnología de película delgada, etc.
La disciplina se ha dedicado durante mucho tiempo a la investigación de gases enrarecidos (tecnología de vacío) en maquinaria de fluidos, creando un equipo académico con una estructura razonable, alto nivel académico, sólidas capacidades de investigación científica y práctica de ingeniería, y una rica experiencia. . Desde la década de 1990, ha ganado 1 premio nacional de progreso científico y tecnológico de equipos importantes de primera clase, 1 premio nacional de invención de tercera clase, 6 premios de progreso científico y tecnológico provinciales y ministeriales de segunda y tercera clase y 5 patentes de invención. . Capacitó a más de 40 estudiantes de posgrado. Después de años de construcción y desarrollo, esta disciplina ha formado cinco direcciones de investigación académica estables y distintivas: teoría y métodos de diseño moderno de maquinaria de fluidos, tecnología de control y medición de fluidos, tecnología de aplicación de vacío, tecnología de película delgada y tecnología de micronanoprocesamiento. En los últimos años, ha presidido más de 863 proyectos exploratorios, como el Plan Nacional de Alta Tecnología, el Fondo Nacional Natural, la Innovación del Ministerio de Ciencia y Tecnología y el Fondo Natural Provincial de Anhui, así como una serie de proyectos de cooperación empresarial.
Sistema de vacío:
El material estructural del sistema de vacío es el material que constituye el cuerpo principal del sistema de vacío, separa el sistema de vacío de la atmósfera y soporta la presión atmosférica. Dichos materiales son principalmente diversos materiales metálicos y no metálicos, incluidos materiales de juntas para juntas desmontables.
El reflujo del sistema de vacío incluye la migración del fluido de la bomba desde la bomba de difusión a la cámara de vacío y la migración de contaminantes orgánicos en el aceite de la bomba mecánica al sistema (especialmente la cámara de vacío). Cuando la bomba de difusión de aceite está funcionando, sin importar qué aceite de bomba se use, incluso si se agrega una trampa fría al puerto de la bomba, más o menos parte del vapor de aceite siempre regresará al extremo de alto vacío. La presión que acumulan en el puerto de la bomba de difusión es a veces mucho mayor que la presión de vapor del aceite saturado a la temperatura de la pared de la bomba. Esto no sólo afecta la presión máxima del sistema de vacío, sino que también contamina el recipiente bombeado, por lo que la tasa de retorno de aceite es el principal índice de evaluación del sistema de bomba de difusión.
Los graduados de esta especialidad tienen una teoría básica sólida, un amplio calibre profesional, una gran capacidad práctica, pensamiento activo, espíritu pionero, una gran demanda social y una alta tasa de empleo único. Entra principalmente en importantes institutos de investigación científica, industrias de la información, aeroespaciales, grandes proyectos científicos nacionales y grandes empresas estatales, principalmente en áreas económicamente desarrolladas como Beijing, Tianjin, Shanghai y Guangdong.
【1】Envasado al vacío: el envasado al vacío coloca los alimentos en bolsas de envasado, extrae el aire de las bolsas de envasado y completa el proceso de sellado después de alcanzar el grado de vacío predeterminado. El envasado al vacío consiste en colocar los alimentos en la bolsa de envasado, evacuar el aire de la bolsa de envasado a un grado de vacío predeterminado, llenarla con nitrógeno u otro gas mixto y luego completar el proceso de sellado.
La función principal del envasado al vacío es eliminar el oxígeno, lo que resulta útil para evitar el deterioro de los alimentos. Su principio es relativamente simple, porque el moho y el deterioro de los alimentos son causados principalmente por actividades microbianas, y la mayoría de los microorganismos (como mohos y levaduras) necesitan oxígeno para sobrevivir. El envasado al vacío utiliza este principio para eliminar el oxígeno de las bolsas de envasado y de las células de los alimentos, de modo que los microorganismos pierdan su entorno vital.