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Vakuum


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Das Wort Vakuum (von lat. vacuus (leer frei)) wird in verschiedenen Bedeutungen

theoretische Physik
Vakuum ist ein materiefreier Raum .
Technik
Vakuum ist ein Volumen mit verringertem Gasdruck Luftdruck ).
Quantenphysik
In der Quantenfeldtheorie wird der Zustand Energie mit Vakuumzustand bezeichnet.

Während ein vollständig materiefreier Raum nicht ist können technische Vakua in verschiedenen Qualitäten werden.

Inhaltsverzeichnis

Vakuumtechnik

Auf der Erde kann man ein herstellen indem man einen abgeschlossene Hohlraum vom enthaltenen Gas mittles geeigneter Vakuumpumpen befreit. Das einfachste Gerät zum Herstellen (minderwertigen) Grobvakuums ist die Wasserstrahlpumpe . Spezialpumpen oder Kühlfallen reduzieren die Gasmenge Es ist allerdings nicht möglich ein perfektes herzustellen. Man unterscheidet in der Technik unterschiedliche der erzielten Vakua nach der Menge der Materie (gemessen durch den Druck in Pa Pascal oder mbar = milli bar ):

Vakuumbereich Druck in mbar Moleküle pro cm 3 mittlere freie Weglänge
Grobvakuum 1000-1 10 19 -10 16 0 1-100 μm
Feinvakuum 1-10 -3 10 16 -10 13 0 1-100 mm
Hochvakuum 10 -3 -10 -7 10 13 -10 9 10 cm-1 km
Ultrahochvakuum 10 -7 -10 -12 10 9 -10 4 1 km-10 5 km
extr. Ultrahochv. ab 10 -12 <10 4 >10 5 km

Technische Vakua finden Anwendung in der in der Elektronenmikroskopie und in der Fertigung von Mikroelektronik. im Innenraum von Bildröhren von Fernsehern oder Monitoren herrscht Hochvakuum vor um die Streuung Elektronenstrahlen gering zu halten.

Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Verpackung Lebensmitteln mittels Vakuum. Diese werden dann von Kunststoffhüllen umschlossen und sind durch die Abwesenheit 'alternden' Luftsauerstoffs länger haltbar. Neben Erdnüssen werden Fleisch und Fleischwaren sowie Käse 'vakuumiert'.

Vakuum im Weltraum

Das im Weltraum im interstellaren Raum oder im intergalaktischen auftretende Vakuum ist im Allgemeinen dünner als auf der Erde herstellbare Vakuum. Allerdings ist der Weltraum nicht völlig leer (durchschnittlich ein pro cm³).

Geschichte des Vakuums

Die Idee des Vakuums stammt wahrscheinlich Leukipp oder seinem Schüler Demokrit . Diese nahmen an dass die Materie unteilbaren Atomen aufgebaut ist die sich im Raum also im Vakuum bewegen. Diese Annahme wurde aber vor von Aristoteles und seiner Akademie abgelehnt da sich Aristoteles eine Bewegung treibendes Medium nicht denken konnte. Auch die Platonische Schule lehnte es ab an das nicht-Seiende zu glauben. Im Mittelalter galt Aristoteles als Autorität weshalb die vom Vakuum sich erst mit den ersten durchsetzen konnte

Das erste Vakuum wurde von Evangelista Torricelli mit der Hilfe einer Quecksilbersäule in gebogenen Glasrohr hergestellt. Populär wurde das Vakuum Otto von Guericke . Er spannte Pferde an zwei Metallhalbkugeln denen er vorher die Luft herausgesaugt hatte. beobachtete Effekt ist allerdings weniger eine Eigenschaft Vakuums als vielmehr des Drucks der umgebenden (siehe Magdeburger Halbkugeln ).

Die Streuversuche von Ernest Rutherford (1911) zeigten dass Alpha-Teilchen eine Goldfolie ohne Widerstand durchqueren können. Dies zeigte die Masse von Atomen im Kern zentriert ist. aufbauend entwarf Niels Bohr ein Modell nach dem die Elektronen den Atomkern umkreisen wie die Planeten die Sonne . Im Inneren der Atome schien also Vakuum zu herrschen. Obwohl man diese Sichtweise gelegentlich in der Literatur antrifft gilt das der Atome heute als von den Aufenthaltsbereichen Elektronen ( Orbitale ) ausgefüllt.

Das Vakuum in der modernen Physik

In der Quantenfeldtheorie erscheint das Vakuum als ein dynamisches mit vielfältigen Eigenschaften (siehe Vakuumfluktuationen ). Auch die in der heutigen Kosmologie notwendige kosmologische Konstante soll ihren Ursprung in den Vakuumfluktuationen

Eigenschaften und Anwendungen des Vakuums

Licht Teilchen Festkörper statische elektrische magnetische und breiten sich im Vakuum aus; dagegen benötigen ein materielles Medium und können sich daher Vakuum nicht ausbreiten.

Das Vakuum ist kein Lebensraum da auf Materie zu ihrem Stoffwechsel angewiesen sind. können viele Lebewesen (Bakterien Pflanzen) einen gewissen im Vakuum überleben. Auch Tiere explodieren oder nicht wenn sie dem Vakuum kurzzeitig ausgesetzt Allerdings tritt in kurzer Zeit der Tod Ersticken ein.

Die Materielosigkeit des Vakuums bedingt dass Wärme und Strom schlecht leitet. Diese Eigenschaft Anwendung in der Thermoskanne (Dewar-Gefäß).

Das Gefriertrocknen etwa von Kaffee Tee Gemüse oder ist kein Effekt des Vakuums sondern durch Siedepunktverminderung von Wasser bei tiefem Druck bedingt.

Weblinks



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