Was ist Vakuum?

Sie haben Recht - "Die Natur verabscheut ein Vakuum". Das heißt – wo „nichts“ ist, findet schnell „etwas“ seinen Weg. Deshalb ist es schwierig, Ordnung auf dem Schreibtisch zu halten...

Aber im Ernst – wenn Sie verhindern, dass „etwas“ das „Nichts“ erreicht, dann werden Sie weiterhin „Nichts“ haben. Deshalb bauen Menschen Vakuumkammern. Es ist bemerkenswert schwierig, auf der Erde ein wirklich gutes Vakuum zu erzeugen, wie es jede Oberfläche tun wird, die Sie verwenden, um das Vakuum zu enthalten (natürlich "halten Sie das etwas wirklich draußen", aber in der Vakuumtechnologie spricht man oft davon, das Vakuum drinnen zu halten). neigen dazu, gelegentlich Moleküle abzugeben. Dies kann adsorbiertes Gas (eine dünne Schicht aus Gasmolekülen, die an der Oberfläche haften bleiben), Schmutz, - irgendetwas sein. Um ein gutes Vakuum zu erzeugen, benötigen Sie wirklich saubere Komponenten, und sie müssen normalerweise erhitzt werden, um Verunreinigungen von der Oberfläche zu entfernen.

Im Weltraum herrscht ein ziemlich gutes (aber nicht perfektes) Vakuum - ich habe gelesen, dass es etwa 50 Wasserstoffatome pro Kubikmeter gibt. Wohin Sie also auch schauen, Sie werden von Zeit zu Zeit ein Atom sehen.

Also nein - für den Zweck Ihrer Frage erzeugt Vakuum keinen Druck, Dinge fernzuhalten: Es ist nur ein Raum, in dem entweder "Moleküle weggezogen wurden" oder "Moleküle es schwer haben, dorthin zu gelangen". Und es gibt kein "perfektes" Vakuum.

Zuerst der Teil 2 Ihrer Frage, wie von anderen zu Recht darauf hingewiesen wurde, dass im Weltraum 1) die Schwerkraft die erdnahen Gase enthält und 2) die entweichenden Gase viel Volumen zum Füllen haben, weshalb die Dichte zu gering wird.

Jetzt gibt es nichts Besseres als ein perfektes Vakuum. Perfektes Vakuum bedeutet$0$Teilchen in unendlichem Volumen.

Atmosphärischer Druck dh ~$1$Bar ($10^3$Millibar oder mbar) hat ~$10^{19}$Partikel pro cc. Wenn Sie die 10 % der Atome aus einer Kiste entfernen, wird auf diese Kiste ein Druck von fast 0,9 bar ausgeübt, und wenn Sie 99 % der Atome entfernen, wird ein Druck von fast 1 bar ausgeübt. Also in Sachen Druck$10$mbar ist ein nahezu perfektes Vakuum.

Wie von anderen hervorgehoben, ist eine Vakuumkammer erforderlich, um ein Vakuum zu erzeugen. Die Vakuumkammer ist ein Gefäß, das das Einfüllen der Außenluft verhindert, und eine Pumpe ist mit der Kammer verbunden, die die Innenluft absaugt.

Normalerweise ist die Vakuumkammer durch Gummi- oder Metalldichtungen abgedichtet, die den Spalt in Metallplatten füllen und bei der Vakuumerzeugung helfen. Idealerweise kann man eine dauerhaft geschlossene Vakuumkammer herstellen, aber das wäre für Experimente unbrauchbar.

Wir können ein Vakuum in der Größenordnung von erzeugen$10^{-10}$mbar auf der Erde hat es noch ~$10^6$Partikel pro cc. Diese Partikel stammen hauptsächlich aus der Verdunstung von der Metalloberfläche der Kammer. Sie können anrufen$10^{-10}$mbar nahezu perfektes Vakuum.

Gerne helfe ich weiter

EDIT: Als Antwort auf Ihren Kommentar

Ich denke, Sie müssen ein wenig über die kinetische Theorie der Gase lesen . In erster Näherung werden die Gasatome/Moleküle wie Billardkugeln behandelt. Wenn sie aufeinander prallen, prallen sie elastisch ab. Wenn sie mit den Wänden eines Behälters kollidieren, üben sie den Druck auf die Wand aus. In erster Näherung steigt der Druck linear mit der Dichte des Moleküls. Die Geschwindigkeit/Energie im Gasmolekül stammt aus thermischer Energie und ist ein Maß für die Temperatur.

Stellen Sie sich nun vor, es gäbe einen Behälter, in dem der Druck innen und außen gleich ist, dann gibt es keinen Druckunterschied. Wenn Sie den Druck im Inneren des Behälters verringern, erhöht sich die Druckdifferenz.

Innendruck$P_{in} \propto n_{in}$

äußerer Druck$P_{out} \propto n_{out}$

Druckunterschied$\Delta P=P_{out}-P_{in}$

in diesem Fall ist die maximale Druckdifferenz$\Delta P=P_{out}-0=P_{out}$

Mit zunehmendem Vakuum kann die Druckdifferenz also nicht linear zunehmen, sondern tendiert zur Grenzdruckdifferenz und das ist der atmosphärische Druck.

Wir vernachlässigen zwar die Anziehung zwischen Gasmolekülen (aber sie ist da), aber das wird keinen Unterschied machen.

Aufgrund der Anziehung zwischen Gasmolekülen ist der tatsächliche Druck eines realen Gases etwas kleiner als der Druck eines idealen Gases. Dieser Effekt ist bei niedrigeren Temperaturen ausgeprägter, aber da wir die meisten Gasmoleküle entfernt haben, ist der Abstand zwischen den Gasmolekülen größer ziemlich groß und das macht ihre gegenseitige Anziehungskraft vernachlässigbar.

Ich muss zugeben, dass ich einen Teil Ihrer Frage nicht ganz verstehen konnte

Erzeugt ein Vakuum Druck?

Ich denke, Druck und Vakuum sind einander entgegengesetzt. Vakuum kann eine Druckdifferenz erzeugen, aber es ist eigentlich kein Druck.

Auch das ist verwirrend

Wenn ja, warum gibt es keinen Druck zwischen Gasmolekülen oder anderen Orten wie dem Weltraum?

Ich glaube nicht, dass es zwischen Gasmolekülen Druck gibt. Wenn wir von der kinetischen Gastheorie sprechen, gibt es zwei Arten von Größen, nämlich makroskopische (Dinge, die wir fühlen oder messen können) und mikroskopische (die tatsächlichen Prozesse, die auf der Ebene von Atomen/Molekülen stattfinden). Druck ist eine makroskopische Größe. Zwischen Gasmolekülen herrscht kein Druck. Es gibt eine Kraft zwischen den Molekülen von Gasen und diese Kraft entsteht durch die Kollision von Molekülen. Wenn also der Druck (oder die Moleküldichte) zu niedrig ist (wie im Weltraum), wird die Kollision immer unwahrscheinlicher und es wird (sehr lange) keine Kraft auf die Atome/Moleküle ausgeübt.

Ich werde versuchen, Ihre Fragen zu beantworten und einige Korrekturen zu Ihren Aussagen vorschlagen.

Wo nichts ist, ist bekanntlich ein Vakuum.

Nun, technisch gesehen ist diese Aussage nicht wahr. Darüber hinaus ist es philosophisch zweifelhaft. Es gibt einen sehr schönen Dokumentarfilm unter dem Vorsitz von Neil Tyson, in dem ein paar Wissenschaftler über „nichts“ diskutieren. Sie können in diesem Dokumentarfilm sehen, dass es nicht sehr einfach ist zu entscheiden, ob im Universum wirklich nichts existiert, aber Vakuum, zumindest technisch gesehen, nichts mit dem Nichts zu tun hat.

Was ist dann Vakuum?
Leider hängt die Antwort, die Sie auf diese Frage bekommen, sehr davon ab, wen Sie fragen. Das Konzept des Vakuums im Kopf eines theoretischen Physikers ist nicht dasselbe wie das eines Experimentalphysikers oder eines Ingenieurs. In Anbetracht dessen, dass Ihre folgenden Fragen sehr bodenständig sind, gehe ich davon aus, dass Sie daran interessiert sind, was ein Experimentalphysiker über Vakuum denkt. Wenn ja, kann man Vakuum als einen Bereich des Raums definieren, der größtenteils geschlossen ist und einen niedrigeren Druck als die Umgebung hat. Ein Experimentalphysiker definiert im Allgemeinen drei verschiedene Vakuumregime:
Grobvakuum:$1000-10^{^{-4}}\ mbar$
Hochvakuum:$10^{^{-5}}-10^{^{-9}}\ mbar$
Ultrahochvakuum:$<10^{^{-9}}\ mbar$.

Eine letzte Bemerkung hier: Es ist technisch nicht möglich, ein Gefäß, einen Behälter, eine Kammer zu haben, die vollständig, vollständig, 100% frei von jeglichen Gasen ist. Warum das so ist, wird irgendwie in den vorherigen Antworten erklärt.

Wie ist das möglich, da wir überall auf der Welt Gas haben und es die Aufgabe der Luft ist, die leeren Räume zu füllen? Warum verteilt sich die Luft nicht und füllt diese Stellen?

Ich nehme an, wenn Sie "diese Räume" sagen, meinen Sie den Weltraum. Unser Planet ist von Luft (unserer Atmosphäre) umgeben und es ist die Schwerkraft, die die Luft um die Erde hält und nicht in den Weltraum entweicht. Zum Beispiel ist die Schwerkraft des Mars nicht stark genug, um eine ähnliche Atmosphäre wie unsere um den Mars herum aufrechtzuerhalten.

Erzeugt ein Vakuum Druck?

Ja und nein. Wie oben erklärt, ist Vakuum „Druckmangel“. Wenn Sie irgendwo Vakuum haben, haben Sie einen niedrigeren Druck als die Umgebung. Daher gibt es einen Druck von der Umgebung zum Vakuum, aber nicht umgekehrt.

Warum gibt es keinen Druck zwischen Gasmolekülen oder anderen Orten wie dem Weltraum?

Druck ist definiert als Kraft pro Fläche. Das heißt, wo immer Sie eine Art Kraft haben, können Sie konzeptionell denken, dass es eine Art Druck gibt. Da es fast unmöglich ist, einen Raumbereich zu haben, in dem es keine Partikel gibt, bedeutet dies, dass überall immer eine Art Druck herrscht. Vielleicht manchmal so niedrig, dass unsere schicksten Geräte heute den Druck nicht messen können.