Vakuum
Katalog > Vakuová technika
Vakuum – vzduchoprázdno je ve fyzice a technice označení pro prostor, v němž je tlak plynu výrazně nižší než normální atmosférický tlak okolí. K vymezení vakua se používají obvyklé jednotky tlaku. Absolutnímu vakuu, které vyhovuje teoretické definici, by odpovídala nulová hodnota.
V ideálním případě označuje vakuum takový fyzikální stav, v němž není přítomná žádná částice, a to jak hmoty (např. molekuly, částice, apod.), tak ani záření (např. fotony). Jedná se tedy o část prostoru, která neobsahuje hmotu, ale může obsahovat pole (gravitační, magnetické aj.). Takové vakuum bývá označováno jako dokonalé. O vakuu neobsahujícím pole se mluví jako o prázdném prostoru.
Vakuum ve skutečnosti není prázdné. Podle kvantové teorie pole v něm neustále vznikají a zanikají páry částic a antičástic. Teoreticky určená hustota jeho energie je obrovská. Vakuum lze (alespoň teoreticky) zavést i v klasické fyzice, avšak podle kvantové teorie ani prostor bez jakékoliv hmoty není úplně prázdný, ale probíhá tam mnoho procesů (kvantověmechanické fluktuace, tvorba párů částic a antičástic a jejich opětovný zánik apod.). Občas se hovoří o tzv. energii vakua. Tyto kvantové jevy souvisí s principem neurčitosti. Pro praktické a inženýrsko-technologické aplikace je vakuum prostor s tlakem nižším než tlak atmosférický (okolní).
Vakuum se vytváří vývěvami a měří obvyklými jednotkami tlaku, a to pomocí různých vakuometrů. Dokonalému vakuu, které vyhovuje teoretické definici, by odpovídala nulová hodnota tlaku. Nejvyšší dosažené vakuum v pozemské laboratoři se blížilo hodnotě 10-11 Pa, vakuum ve vesmírném prostoru dosahuje hodnot pod 10-15 Pa.
V praxi se technické vakuum dělí do několika stupňů, která se liší jak způsobem vytváření a měření, tak také oblastí využití.
- Atmosférický tlak (pouze pro tlak okolního vzduchu) 101,25·103 Pa.
- Podtlak se využívá ve strojírenství k uchopování předmětů, v potravinářství (vakuové balení a sušení) nebo jako tepelná izolace (vakuová okenní skla). Vytváří se běžnými čerpadly a měří tlakoměry. Běžný vysavač dosahuje asi polovinu atmosférického tlaku.
- Hrubé vakuum je chemicky netečné prostředí, které brání oxidaci žhavých součástí a proto se používá v elektrotechnice (výbojky, žárovky), ve strojírenství (vakuový ohřev, tavení, sváření, pájení) a podobně. Vytváří se zpravidla mechanickými vývěvami a měří termickými aj. vakuometry.
- Nízké vakuum (10-1 – 102 Pa) poskytuje kromě toho delší střední volnou dráhu částic, která umožňuje jisté typy výbojů, a proto se používá v elektronice (vakuové a rentgenové výbojky, čisté technologie, vakuové napařování a podobně). Vytváří se mechanickými nebo difuzními vývěvami a měří ionizačními vakuometry.
- Vysoké vakuum (10-7 – 10-2 Pa) poskytuje ještě delší volné dráhy a používá se proto hlavně v elektronice: vakuové elektronky a obrazovky, výroba polovodičů a podobně. Vytváří se turbomolekulárními, difuzními, sorbčními nebo iontovými vývěvami. Vyžaduje již používání vakuově kompatibilních materiálů a těsnění.
- Ultravysoké (10-10 – 10-7 Pa) a extrémně vysoké (< 10-10 Pa) vakuum je zajímavé především pro velmi dlouhé volné dráhy částic a používá se proto např. v urychlovačích částic či v tokamacích. Také umožňuje vytvořit a zachovat čistý povrch materiálů po dlouhou dobu a zkoumat jeho vlastnosti bez narušení molekulami zbytkové atmosféry v systému. Vytváří se iontově absorpčními či kryogenními vývěvami či několikastupňovými sestavami mechanických vývěv. Vyžaduje speciální materiály a technologie. Vyskytuje se ve vesmírném prostoru za hranicemi zemské atmosféry. Průměrná hustota vakua mezihvězdného prostoru se odhaduje na 1 atom (v drtivé většině vodíku) na 1 m3.
- Dokonalé (absolutní) vakuum 0 Pa (absolutně prázdný prostor, je to spíše hypotetická situace).
Vakuum nebo podtlak se užívá v mnoha průmyslových odvětvích, často jako součást výrobní technologie, například pro snížení teploty varu při úpravě látek, rafinaci cukru, nebo při výrobě žárovek, výbojek a dalších běžných produktů našeho každodenního života. S podtlakem pracují vakuové přísavky na podávání plochých materiálů a vakuové manipulátory. Vakuum se dále používá pro homogenizaci materiálů při jejich výrobě, pro odstranění bublinek a zhutňování. Vakuové lití zajišťuje dokonalé vyplnění formy a brání vzniku bublin v odlitku.
Použitá literatura: