Giới thiệu về chân không - vacuum và ứng dụng

Bài viết liên quan

Chân không (vacuum), trong lý thuyết cổ điển, là không gian không chứa vật chất. Như vậy chân không có thể tích khác không và khối lượng (và do đó năng lượng) bằng không. Do không có vật chất bên trong, chân không là nơi không có áp suất.
Một số lý thuyết lượng tử cho biết khái niệm chân không theo nghĩa cổ điển không tồn tại, do vi phạm nguyên lý bất định (Nguyên lý bất định là một nguyên lý quan trọng của cơ học lượng tử, do nhà Vật lý lý thuyết người Đức Werner Heisenberg phát triển. Nguyên lý này phát biểu rằng: "Ta không bao giờ có thể xác định chính xác cả vị trí lẫn vận tốc (hay động lượng, hoặc xung lượng) của một hạt vào cùng một lúc. Nếu ta biết một đại lượng càng chính xác thì ta biết đại lượng kia càng kém chính xác.").

Chân không, theo các lý thuyết này, luôn có sự dao động khối lượng (và do đó năng lượng) nhỏ. Điều này nghĩa là, ở một thời điểm nào đó, luôn có thể xuất hiện một cách ngẫu nhiên các hạt có năng lượng dương và một thời điểm khác hạt này biến mất. Các hạt ngẫu nhiên xuất hiện trong chân không tạo ra một áp suất gọi là áp suất lượng tử chân không. Các thí nghiệm đo đạc áp suất này sẽ giúp khẳng định độ chính xác của các lý thuyết lượng tử về chân không.
Trong thực tế, không có nơi nào trong vũ trụ quan sát được tồn tại chân không hoàn hảo như lý thuyết. Các thí nghiệm và các ứng dụng thực tế có thể tạo ra các không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp. Những không gian này cũng hay được gọi là "chân không" trong kỹ thuật, như khi nói về máy bơm chân không, tùy theo quy ước về giới hạn áp suất thấp. Như vậy, chân không được hiểu là khoảng không-thời gian cụ thể có mật độ vật chất thấp và/hoặc rất thấp. Lưu ý, khái niệm thấp và rất thấp ở đây được hiểu một cách tương đối...

Trang thái chân không, do đó, hiểu là trạng thái có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trung bình chuẩn, và được chia thành (xem ở hình vẽ bên dưới):
Chân không thấp (low vacuum)
Chân không trung bình (Medium vacuum)
Chân không cao (High vacuum)
Chân không siêu cao (Ultra high vacuum, Extremely high vacuum)

Nói chung, nơi có điều kiện gần với chân không nhất là khoảng không giữa các thiên thể, hoặc khoảng không ở ngoài rìa vũ trụ (cách trung tâm Vụ Nổ Lớn hơn 15 tỷ năm ánh sáng).
Hạt photon của ánh sáng và bức xạ điện từ được cho là di chuyển trong chân không, đúng hơn là trong không gian không có vật chất nào ngoài hạt này, với tốc độ không đổi và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, thường được gọi là tốc độ ánh sáng.

Một phân tử di chuyển được bao xa trước khi nó va chạm? Hãy xem bảng bên dưới

Bạn có thể thấy nhờ không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp mà phân tử có thể di chuyển được rất xa trong môi trường chân không trước khi chúng xảy ra va chạm và biến đổi thành hạt mang năng lượng.

Những thứ bạn có thể làm trong môi trường chân không:
-  Evaporate materials as a coating method
- Thermionic emission from a hot metal surface
- Create a plasma

• Electrons, ions, neutrals
• Electron energy distribution function

- Extract an ion beam: Etching, sputtering

- Deposition: Metals, Dielectrics, Organics
- Etch: Chemical, Ion beam
- Implant / doping: this is how silicon transistors are made
- Surface science: SEM, XPS, Auger, Etc..

Chia sẻ bài viết