Mikrosvěta molekul, které prostupují prostorem, je pro naše oko nepolapitelná. Pouze představivost je schopna pokrýt obrovské rozměry mikrosvěta, kde vládne nekonečná rozmanitost molekul a atomů. Jedna ze zajímavých otázek, která vzniká při pohledu na tento neviditelný svět, se týká počtu molekul plynu v neuvěřitelně malém objemu vakua.
Výzkum fyziky a chemie nám umožňuje získat odpověď na tuto otázku. Při vytváření vakua pomocí moderních technických čerpadel nás zajímá přítomnost molekul plynu v 1 kubickém centimetru prostoru. Odpověď na tuto otázku spočívá v pochopení pojmů atomu, molekuly, čísla Avogadra a jejich vztahu.
Koncept atomů a molekul vznikl v 18.století a byl klíčovým průlomem ve vývoji přírodních věd a hmoty. John Dolton zavedl termín "Atom" a Avogadro navrhl myšlenku, že určité objemy plynu obsahují stejný počet molekul za stejných podmínek. Toto číslo se stalo známým jako Avogadro číslo a je přibližně 6,022 × 10^23 molekul na mol.
Počet molekul plynu v 1 cm3 vakua při 1 tlaku Pascalu
K výpočtu počtu molekul plynu v 1 cm3 vakua při tlaku 1 Pascal je nutné použít zákon ideálního plynu. Podle tohoto zákona lze počet molekul plynu vypočítat podle vzorce:
kde 𝑁 - počet molekul plynu, 𝑃 - tlak plynu (v tomto případě 1 Pascal), 𝑉 - objem plynu (1 cm3), 𝑘 - Boltzmannova konstanta, 𝑇 - teplota plynu (v kelvinech).
Pro zohlednění velikosti objemu a Boltzmannovy konstanty v systému SI by se hodnota objemu měla převést na metry krychlové a použít hodnotu Boltzmannovy konstanty 1.380649 × 10^-23 J/K.
Pomocí uvedených hodnot lze tedy vypočítat počet molekul plynu v 1 cm3 vakua při 1 pascalu tlaku a dané teplotě.
Moderní technická čerpadla: principy činnosti a možnosti
Princip fungování moderních technických čerpadel je založen na použití různých sil, jako je difúze, komprese a přitažlivost. Tato čerpadla mohou pracovat s různými plyny a parními složkami a mají vysokou účinnost a pevnost.
Jedním z nejběžnějších typů čerpadel je turbomolekulární čerpadlo. Je založen na principu vytváření toku plynu rotačním rotorem s molekulárními lopatkami, což umožňuje snížení tlaku. Turbomolekulární čerpadla jsou široce používána v laboratořích, výrobních místnostech a dalších oblastech, které vyžadují vysokou úroveň vakua.
Kromě toho existují další typy čerpadel, jako jsou iontová čerpadla, tepelná čerpadla a olejová čerpadla. Iontová čerpadla jsou založena na ionizaci plynů v nich a vytvářejí elektrické pole pro pohyb částic. Tepelná čerpadla používají k vytvoření vakua různé fyzikální principy, jako je cirkulace tepla. Olejová čerpadla používají speciální oleje k mazání a snížení tření při práci.
Moderní technická čerpadla mají širokou škálu možností a používají se v mnoha odvětvích. Mohou být použity v průmyslových procesech, laboratořích, medicíně, leteckém průmyslu a dalších oblastech. Vytvoření vakua pomocí čerpadel umožňuje zlepšit kvalitu procesů, zvýšit výkon a dosáhnout přesnějších výsledků.
Závislost molekulární koncentrace plynu na tlaku
Podle Boyle-Mariottova zákona je molekulární koncentrace plynu přímo úměrná jeho tlaku při konstantní teplotě a množství látky. To znamená, že se zvyšujícím se tlakem se také zvyšuje počet molekul plynu v jednotce objemu a při poklesu tlaku se snižuje.
Vytvoření vakua v 1 Pascal moderními technickými čerpadly umožňuje výrazně snížit tlak v uzavřeném systému. To vede ke snížení molekulární koncentrace plynu, protože se snižuje počet molekul v daném objemu.
Pro názornou ilustraci závislosti molekulární koncentrace plynu na tlaku lze uvést tabulku s různými hodnotami tlaku a odpovídajícími hodnotami molekulární koncentrace. Tato tabulka pomůže lépe pochopit, jak změna tlaku ovlivňuje počet molekul plynu v jednotce objemu.
| Tlak, Pa | Molekulární koncentrace, molekul / cm 3 |
|---|---|
| 1000 | 2.7 x 10 19 |
| 100 | 2.7 x 10 20 |
| 10 | 2.7 x 10 21 |
Z tabulky je zřejmé, že při 10násobném snížení tlaku se molekulová koncentrace plynu zvyšuje 10krát.
Závislost molekulární koncentrace plynu na tlaku má tedy přímou úměrnost. Při vytváření vakua pomocí moderních technických čerpadel se tlak v systému snižuje, což vede ke snížení molekulární koncentrace plynu.