वैक्यूम एक ऐसी जगह है जिसमें कोई पदार्थ नहीं होता है। अनुप्रयुक्त भौतिकी और प्रौद्योगिकी में, इसका अर्थ है एक ऐसा माध्यम जिसमें वायुमंडलीय दबाव से कम दबाव पर गैस निहित होती है। जब वे पहली बार खोजे गए तो दुर्लभ गैसें कौन सी थीं?
इतिहास के पन्ने
शून्यता का विचार सदियों से विवाद का विषय रहा है। दुर्लभ गैसों ने प्राचीन यूनानी और रोमन दार्शनिकों का विश्लेषण करने का प्रयास किया। डेमोक्रिटस, ल्यूक्रेटियस, उनके छात्रों का मानना था: यदि परमाणुओं के बीच कोई खाली जगह नहीं होती, तो उनका आंदोलन असंभव होता।
अरस्तू और उनके अनुयायियों ने इस अवधारणा का खंडन किया, उनकी राय में, प्रकृति में कोई "शून्यता" नहीं होनी चाहिए। यूरोप में मध्य युग में, "शून्य का भय" का विचार प्राथमिकता बन गया, इसका उपयोग धार्मिक उद्देश्यों के लिए किया गया था।
प्राचीन ग्रीस के यांत्रिकी, तकनीकी उपकरण बनाते समय, वायु विरलन पर आधारित थे। उदाहरण के लिए, अरस्तू के समय में पिस्टन के ऊपर एक वैक्यूम बनाने पर काम करने वाले पानी के पंप दिखाई दिए।
गैस, वायु की दुर्लभ अवस्था, पिस्टन वैक्यूम पंपों के निर्माण का आधार बन गई है, जो वर्तमान में व्यापक रूप से प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाते हैं।
उनका प्रोटोटाइप अलेक्जेंड्रिया के हेरॉन का प्रसिद्ध पिस्टन सिरिंज था, जिसे उनके द्वारा बनाया गया थामवाद निकालने के लिए।
सत्रहवीं शताब्दी के मध्य में, पहला वैक्यूम कक्ष विकसित किया गया था, और छह साल बाद, जर्मन वैज्ञानिक ओटो वॉन गुएरिक ने पहले वैक्यूम पंप का आविष्कार करने में कामयाबी हासिल की।
यह पिस्टन सिलेंडर आसानी से एक सीलबंद कंटेनर से हवा निकालता है, जिससे वहां एक वैक्यूम बन जाता है। इससे नए राज्य की मुख्य विशेषताओं का अध्ययन करना, इसके परिचालन गुणों का विश्लेषण करना संभव हो गया।
टेक वैक्यूम
व्यवहार में, गैस, वायु की विरल अवस्था को तकनीकी निर्वात कहते हैं। बड़ी मात्रा में, ऐसी आदर्श स्थिति प्राप्त करना असंभव है, क्योंकि एक निश्चित तापमान पर सामग्री में गैर-शून्य संतृप्त वाष्प घनत्व होता है।
एक आदर्श निर्वात प्राप्त करने की असंभवता का कारण भी गैसीय पदार्थों का कांच, धातु के बर्तनों की दीवारों के माध्यम से संचरण है।
दुर्लभ गैसों को प्राप्त करना काफी कम मात्रा में संभव है। विरलन के उपाय के रूप में, बेतरतीब ढंग से टकराने वाले गैस अणुओं के मुक्त पथ के साथ-साथ उपयोग किए गए बर्तन के रैखिक आकार का उपयोग किया जाता है।
तकनीकी निर्वात को वायुमण्डल की तुलना में कम दाब मान वाली पाइपलाइन या पात्र में गैस माना जा सकता है। एक कम निर्वात तब होता है जब गैस के परमाणु या अणु एक दूसरे से टकराना बंद कर देते हैं।
उच्च वैक्यूम पंप और वायुमंडलीय हवा के बीच एक फोर वैक्यूम रखा जाता है, जो एक प्रारंभिक वैक्यूम बनाता है। दबाव कक्ष में बाद में कमी के मामले में, गैसीय कणों की पथ लंबाई में वृद्धि देखी जाती है।पदार्थ।
जब दबाव 10 -9 Pa से होता है, तो एक अल्ट्रा-हाई वैक्यूम बनाया जाता है। यह दुर्लभ गैसें हैं जिनका उपयोग स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्रयोग करने के लिए किया जाता है।
वायुमंडलीय दबाव पर भी कुछ क्रिस्टल के छिद्रों में ऐसी स्थिति प्राप्त करना संभव है, क्योंकि छिद्रों का व्यास मुक्त कण के मुक्त पथ से बहुत छोटा होता है।
वैक्यूम आधारित उपकरण
गैस की दुर्लभ अवस्था का सक्रिय रूप से वैक्यूम पंप नामक उपकरणों में उपयोग किया जाता है। गेटर्स का उपयोग गैसों को चूसने और एक निश्चित डिग्री वैक्यूम प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वैक्यूम तकनीक में कई उपकरण भी शामिल हैं जो इस स्थिति को नियंत्रित करने और मापने के साथ-साथ विभिन्न तकनीकी प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए वस्तुओं को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक हैं। दुर्लभ गैसों का उपयोग करने वाले सबसे जटिल तकनीकी उपकरण उच्च-वैक्यूम पंप हैं। उदाहरण के लिए, प्रसार उपकरण एक कार्यशील गैस प्रवाह की क्रिया के तहत अवशिष्ट गैस अणुओं की गति के आधार पर काम करते हैं। एक आदर्श निर्वात के मामले में भी, अंतिम तापमान तक पहुंचने पर थोड़ा थर्मल विकिरण होता है। यह दुर्लभ गैसों के मुख्य गुणों की व्याख्या करता है, उदाहरण के लिए, शरीर और निर्वात कक्ष की दीवारों के बीच एक निश्चित समय अंतराल के बाद थर्मल संतुलन की शुरुआत।
दुर्लभ मोनोएटोमिक गैस एक उत्कृष्ट थर्मल इंसुलेटर है। इसमें तापीय ऊर्जा का स्थानांतरण केवल विकिरण की सहायता से किया जाता है, तापीय चालकता और संवहन नहीं होते हैंमनाया जाता है। इस गुण का उपयोग देवर जहाजों (थर्मोस) में किया जाता है, जिसमें दो कंटेनर होते हैं, जिसके बीच एक वैक्यूम होता है।
वैक्यूम ने रेडियो ट्यूबों में व्यापक अनुप्रयोग पाया है, उदाहरण के लिए, किनेस्कोप के मैग्नेट्रोन, माइक्रोवेव ओवन।
शारीरिक निर्वात
क्वांटम भौतिकी में, ऐसी अवस्था का अर्थ है क्वांटम क्षेत्र की जमीनी (निम्नतम) ऊर्जा अवस्था, जो क्वांटम संख्याओं के शून्य मानों की विशेषता होती है।
इस अवस्था में एक परमाणु गैस पूरी तरह से खाली नहीं होती है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, आभासी कण भौतिक निर्वात में व्यवस्थित रूप से प्रकट होते हैं और गायब हो जाते हैं, जिससे क्षेत्रों का शून्य दोलन होता है।
सैद्धांतिक रूप से, कई अलग-अलग वैक्यूम एक साथ मौजूद हो सकते हैं, जो ऊर्जा घनत्व के साथ-साथ अन्य भौतिक विशेषताओं में भिन्न होते हैं। यह विचार मुद्रास्फीतिकारी बिग बैंग सिद्धांत का आधार बना।
झूठा वैक्यूम
इसका अर्थ है क्वांटम सिद्धांत में क्षेत्र की स्थिति, जो न्यूनतम ऊर्जा वाला राज्य नहीं है। यह एक निश्चित समयावधि में स्थिर रहता है। मुख्य भौतिक मात्राओं के आवश्यक मूल्यों तक पहुंचने पर एक झूठी स्थिति को एक वास्तविक वैक्यूम में "सुरंग" करने की संभावना है।
बाहरी जगह
एक दुर्लभ गैस का क्या अर्थ है, इस पर चर्चा करते समय, "ब्रह्मांडीय निर्वात" की अवधारणा पर ध्यान देना आवश्यक है। इसे भौतिक निर्वात के करीब माना जा सकता है, लेकिन अंतरतारकीय में विद्यमान हैस्थान। ग्रह, उनके प्राकृतिक उपग्रह, कई सितारों में कुछ आकर्षक शक्तियां होती हैं जो वातावरण को एक निश्चित दूरी पर रखती हैं। जैसे ही आप किसी तारकीय वस्तु की सतह से दूर जाते हैं, विरल गैस का घनत्व बदल जाता है।
उदाहरण के लिए, कर्मन रेखा है, जिसे ग्रह की सीमा के बाहरी स्थान के साथ एक सामान्य परिभाषा माना जाता है। इसके पीछे, सौर विकिरण और सौर हवा के गतिशील दबाव की तुलना में आइसोट्रोपिक गैस के दबाव का मूल्य तेजी से घटता है, इसलिए दुर्लभ गैस के दबाव की व्याख्या करना मुश्किल है।
बाहरी स्थान फोटॉन, अवशेष न्यूट्रिनो से भरा है जिनका पता लगाना मुश्किल है।
मापन सुविधाएँ
वैक्यूम की डिग्री आमतौर पर सिस्टम में मौजूद पदार्थ की मात्रा से निर्धारित होती है। इस अवस्था की माप की मुख्य विशेषता निरपेक्ष दबाव है, इसके अलावा, गैस की रासायनिक संरचना और उसके तापमान को ध्यान में रखा जाता है।
निर्वात के लिए एक महत्वपूर्ण पैरामीटर प्रणाली में शेष गैसों की पथ लंबाई का औसत मान है। माप के लिए आवश्यक तकनीक के अनुसार कुछ श्रेणियों में वैक्यूम का विभाजन होता है: झूठा, तकनीकी, भौतिक।
वैक्यूम बनाना
यह कम वायुदाब या वैक्यूम क्रिया का उपयोग करके गर्म रूप में आधुनिक थर्मोप्लास्टिक सामग्री से उत्पादों का निर्माण है।
वैक्यूम बनाने को एक ड्राइंग विधि माना जाता है, जिसके परिणामस्वरूप शीट प्लास्टिक को गर्म किया जाता है,एक निश्चित तापमान मान तक, मैट्रिक्स के ऊपर स्थित है। इसके बाद, शीट मैट्रिक्स के आकार को दोहराती है, यह इसके और प्लास्टिक के बीच एक वैक्यूम के निर्माण के कारण है।
इलेक्ट्रोवैक्यूम डिवाइस
वे ऐसे उपकरण हैं जो विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा बनाने, बढ़ाने और परिवर्तित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। ऐसे उपकरण में, कार्य स्थान से हवा को हटा दिया जाता है, और एक अभेद्य खोल का उपयोग पर्यावरण से बचाने के लिए किया जाता है। ऐसे उपकरणों के उदाहरण इलेक्ट्रॉनिक वैक्यूम डिवाइस हैं, जहां इलेक्ट्रॉन वैक्यूम में फिट होते हैं। गरमागरम लैंप को वैक्यूम डिवाइस भी माना जा सकता है।
निम्न दाब पर गैसें
गैस को रेयरफाइड कहा जाता है यदि इसका घनत्व नगण्य हो, और आणविक पथ की लंबाई उस बर्तन के आकार के बराबर हो जिसमें गैस स्थित हो। ऐसी अवस्था में गैस के घनत्व के अनुपात में इलेक्ट्रॉनों की संख्या में कमी देखी जाती है।
अत्यधिक दुर्लभ गैस के मामले में, व्यावहारिक रूप से कोई आंतरिक घर्षण नहीं होता है। इसके बजाय, दीवारों के खिलाफ गतिमान गैस का बाहरी घर्षण प्रकट होता है, जिसे अणुओं के संवेग में परिवर्तन द्वारा समझाया जाता है जब वे बर्तन से टकराते हैं। ऐसी स्थिति में, कणों की गति और गैस के घनत्व के बीच एक सीधा आनुपातिकता होती है।
कम निर्वात के मामले में, पूर्ण मात्रा में गैस के कणों के बीच लगातार टकराव देखा जाता है, जिसके साथ तापीय ऊर्जा का एक स्थिर आदान-प्रदान होता है। यह स्थानांतरण घटना (प्रसार, तापीय चालकता) की व्याख्या करता है, जो आधुनिक तकनीक में सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।
दुर्लभ गैसों की प्राप्ति
वैक्यूम उपकरणों का वैज्ञानिक अध्ययन और विकास सत्रहवीं शताब्दी के मध्य में शुरू हुआ। 1643 में, इतालवी टोरिसेली वायुमंडलीय दबाव के मूल्य को निर्धारित करने में कामयाब रहे, और ओ। गुएरिके द्वारा एक विशेष पानी की सील के साथ एक यांत्रिक पिस्टन पंप के आविष्कार के बाद, एक दुर्लभ गैस की विशेषताओं के कई अध्ययन करने के लिए एक वास्तविक अवसर दिखाई दिया। साथ ही निर्वात के जीवों पर पड़ने वाले प्रभाव की संभावनाओं का अध्ययन किया गया। वैक्यूम में इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज के साथ किए गए प्रयोगों ने एक नकारात्मक इलेक्ट्रॉन, एक्स-रे विकिरण की खोज में योगदान दिया।
वैक्यूम की गर्मी-इन्सुलेट क्षमता के लिए धन्यवाद, आधुनिक क्रायोजेनिक प्रौद्योगिकी के विकास के लिए सैद्धांतिक जानकारी का उपयोग करने के लिए गर्मी हस्तांतरण के तरीकों की व्याख्या करना संभव हो गया।
वैक्यूम का उपयोग करना
1873 में पहले इलेक्ट्रोवैक्यूम डिवाइस का आविष्कार किया गया था। वे एक गरमागरम दीपक बन गए, जिसे रूसी भौतिक विज्ञानी लॉडगिन ने बनाया था। उस समय से, वैक्यूम प्रौद्योगिकी के व्यावहारिक उपयोग का विस्तार हुआ है, इस राज्य को प्राप्त करने और अध्ययन करने के नए तरीके सामने आए हैं।
विभिन्न प्रकार के वैक्यूम पंप कम समय में बनाए गए हैं:
- घूर्णन;
- क्रायोसोर्शन;
- आणविक;
- प्रसार।
बीसवीं सदी की शुरुआत में, शिक्षाविद लेबेदेव वैक्यूम उद्योग की वैज्ञानिक नींव में सुधार करने में कामयाब रहे। पिछली शताब्दी के मध्य तक, वैज्ञानिकों ने 10-6 Pa से कम दबाव प्राप्त करने की संभावना की अनुमति नहीं दी थी।
बीवर्तमान में, रिसाव से बचने के लिए वैक्यूम सिस्टम को ऑल-मेटल बनाया गया है। वैक्यूम क्रायोजेनिक पंप न केवल अनुसंधान प्रयोगशालाओं में, बल्कि विभिन्न उद्योगों में भी उपयोग किए जाते हैं।
उदाहरण के लिए, विशेष निकासी के विकास के बाद इसका मतलब है कि इस्तेमाल की जाने वाली वस्तु को प्रदूषित न करें, वैक्यूम तकनीक के उपयोग की नई संभावनाएं सामने आई हैं। रसायन शास्त्र में, ऐसी प्रणालियों का सक्रिय रूप से शुद्ध पदार्थों के गुणों के गुणात्मक और मात्रात्मक विश्लेषण, घटकों में मिश्रण को अलग करने और विभिन्न प्रक्रियाओं की दर के विश्लेषण के लिए सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है।
