خلاء یا وکیوم چیست؟

وکیوم یا خلاء چیست؟

وکیوم چیست

وکيوم Vacuum يا خلاء به فضايي گفته مي شود که خالي از ماده باشد. در چنين حالتي مولکول هاي هوا که عامل ايجاد فشار مي باشند نيز وجود ندارند. اين تعريف ايده آل خلاء مي باشد. فشار صفر مطلق، در اين فضا تعريف مي شود.

خلاء یا وکیوم چیست؟

در عمل رسيدن به چنين محيطي امکان پذير نيست زيرا هميشه تعدادي مولکول گاز وجود دارند. اما رسيدن به فشارهاي بسيار بسيار پايين دور از واقعيت نيست و امروزه سيستم هاي وکيومي توليد شده اند که مي توانند محيط هايي با قدرت تفکيک مولکول بر واحد حجم، بسيار پايين ايجاد کنند.

در اصطلاح به فشارهاي پايين تر از فشار اتمسفر هوا، حالت خلاء گفته مي شود. کلمه وکيوم از معادل لاتين کلمه خالي Empty مي آيد. با اين وصف فشار مابين فشار اتمسفر و صفر مطلق را مي توان حوزه سيستم هاي وکيوم دانست.

يک سيستم خلاء مجموعه اي متشکل از پمپها، فشارسنجها، شيرها، تله ها، اتصالات دايمي و غير دايمي (فلنج ها) و لوله هاي متصل کننده آنها به يکديگر است.

دسته بندی خلاء

خلاء بسته به فشار گاز به چند دسته تقسيم بندي مي شود:

خلاء کم، از فشار اتمسفر تا ۱ ميلي بار

خلاء متوسط: از ۱ ميلي بار تا ۱۰E-3 ميلي بار

خلاء زياد: از ۱۰E-3 ميلي بار تا ۱۰E-7 ميلي بار

خلاء خيلي زياد: از ۱۰E-7 ميلي بار تا ۱۰E-14 ميلي بار

فشار گاز عبارت است از نيرو بر واحد سطحي که از طريق گاز در يک ظرف، بر سطح داخلي آن وارد مي شود. در حقيقت مولکول هاي گاز از طريق انرژي جنبشي مولکول ها، به سطح ظرف ضربه يا نيرو وارد مي کنند. هر چه دما بالاتر باشد مولکول ها با سرعت بيشتري حرکت مي کنند و به ديواره ظرف نيروي بيشتري وارد مي نمايند.

بر اساس تئوري جنبشي گازها، فشار گاز متناسب با تعداد برخورد مولکول ها بر واحد سطح در واحد زمان است و داريم:

P=1/3mnc2

جايي که m   جرم مولکول بر حسب gr   (نسبت جرم مولکولي به عدد آواگادرو)، c   سرعت متوسط مولکول ها بر حسب cm/sec   و n    دانسيته مولکولي   (N/V)   يا ريشه دوم سرعت متوسط مولکولي بر حسب تعداد بر سانتيمتر مکعب است.

پايين ترين فشار قابل دستيابي در محيط آزمايشگاهي و دماي استاندارد، حدود ۱۰E-13 torr   يا ۱۳Pico Paمي باشد. البته در سيستم هاي دما پايين و در حدود ۴ درجه کلوين فشارtorr 5×۱۰E-17  يا  ۶٫۷Femto Pa  نيز به صورت غير مستقيم اندازه گيري شده است. از آنجا که فشار گاز از جنبش مولکولي ناشي مي شود و همچنين جنبش مولکولي به صورت مستقيم با دما رابطه دارد، فشارهاي بسيار بسيار پايين را مي بايست در دماهاي نزديک به صفر مطلق تجربه نمود.

در هر رده خلاء از روش هاي پمپاژ، اندازه گيري و انتقال خاصي استفاده مي شود. به جرات مي توان گفت که بيشتر کاربردهاي خلاء در صنعت با خلاء کم (محدوده اتمسفر تا ۱ ميلي بار) صورت مي گيرد.

خلاء کم بيشتر در فرآيندهاي خشک کردن، فرمينگ، تغليظ، تقطير، پمپاژ مايعات، انتقال مواد، فيلتراسيون و فرآيندهاي شيميايي بکار مي رود.

کوره هاي خلاء در خلاء متوسط عمل مي کنند. لايه نشاني و تکنولوژي فيلم در محدوده خلاء زياد ايجاد مي شود. شتاب دهنده ذرات در محدوده بين خلاء زياد و خيلي زياد عمل مي کند. خلاء هاي مافوق زياد در همجوشي هسته اي و حلقه هاي شتاب دهنده ذرات کاربرد دارد. بايد توجه داشت که هر حوزه وکيوم از تکنولوژي ويژه اي برخوردار است و بالطبع با پايين رفتن فشار، تمهيدات پيچيده تري مي بايست بکار برد.