Vakuum

DAS VAKUUM

 

 

-Das Vakuum

 

 

Es ist nicht möglich in einem Labor ein perfektes Vakuum zu erzeugen, auch wenn die Vakuumapparaturen noch so leistungsstark sind es sind im betreffenden Volumen immer noch Atome oder Moleküle vorhanden.

Unter Vakuum versteht man im weiterem Sinne nichts anderes als das innere eines Gefäßes oder einen Raum in dem der Druck um einiges geringer ist als der normale Atmosphärendruck von 1 atm bzw. 1,013 bar.

Um ein einfaches Vakuum zu erzeugen pumpt man das Gas oder die Luft aus dem jeweiligem Behältnis.

Um so mehr Gas oder Luft man abgepumpt hat, desto weniger Moleküle sind im Behältnis und das bedeutet das der Druck im Behältnis ist.

Mit ganz speziellen Apparaturen konnte man den Druck schon auf ungefähr 10-17 bar runter setzen.

Sogar bei so einem niedrigem Druck sind noch etwa tausend Gasmoleküle gegenüber rund 1020 Molekülen bei normalem Atmosphärendruck. 2*

 

Abbildung einer einfachen Vakuumapparatur


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-Wo spielt das Vakuum im Alltag eine Rolle?

 

 

Das Vakuum spielt heute in der modernen Forschung eine sehr wichtige Rolle u. ist daher nicht mehr wegzudenken.

Die Chemiker untersuchen die Reaktionen von Stoffen im Vakuum, in der Biologie interessiert man sich für die Wirkung des Vakuums auf Organismen in der Physik beschäftigt man sich allgemein mit der Untersuchung von Teilchen im luftleeren Raum, dir untersucht werden können.

Die Industrie führt Prozesse wie beispielsweise die Halbleiterherstellung oder die Massenspektroskopie mit hilfe eines Vakuums durch.

In unserem alltäglichen Leben spielt das Vakuum auch eine sehr große Rolle z.B. der Kühlschrank, Fernseher und auch einige Lebensmittel sind Vakuumverpackt (Bei Lebensmitteln ist der Druck des Vakuums beim Verpacken nicht sehr hoch!). 1*

 

 

 

-Erzeugung eines Vakuums, Verschiedene Pumpentypen

 

 

Heute lassen sich Vakua ganz simple und einfach mit hilfe modernen Vakuumpumpen herstellen.

Es gibt inzwischen viele unterschiedliche Pumpentypen, die gegeneinander aufgrund unterschiedlicher Entgasungsprinzipien abgegrenzt werden: 1*

 

„So werden einige unter dem Gattungsbegriff "Verdrängerpumpen" zusammengefaßt. Zu den sogenannten "Treibmittelpumpen" gehört unter vielen anderen auch die Wasserstrahlpumpe.

Getterpumpen sind Vorrichtungen, die in einem bereits weitgehend evakuierten Gefäß Gase durch Getter sorptiv oder chemisch binden, wodurch eine Pumpwirkung erzielt wird. Ionengetterpumpen stellen eine Kombination von Getter- und Ionenpumpen dar: Das Gettermaterial (z.B. ein Titandraht) wird durch einen Elektronenstrahl verdampft, schlägt sich an den Wänden nieder und absorbiert die Gasmoleküle, die zum Teil durch Stoßionisation zusätzlich ionisiert werden und durch ein elektrisches Feld beschleunigt auftreffen.“ 1*

 

 

Abbildung einer Vakuumpumpe


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-Der Behälter für ein Vakuum

 

 

Ein Vakuum wird meistens einem ganz speziellem Druckkessel erzeugt.

Dieser Kessel muss eine sehr glatte Oberfläche nötig, damit die Sorption (Austauschvorgänge an den Gefäßoberflächen: Gasteilchen werden von der Oberfläche absorbiert, von dort aus aufgenommen, bzw. desorbiert, d.h. an die Umgebung abgegeben) sehr gering gehalten werden können.

Der Behälter muss vor allendingen eine sehr gute Luftabgeschlossenheit haben und muss sehr sauber sein.

Dazu kommt noch, dass bei einer perfekten voraussetzung eine konstante Temperatur eingehalten muss und keinerlei Erschütterung passieren dürfen.

Wenn ein Hochvakuum oder gar ein Ultrahochvakuum erzeugt werden soll, müssen diese Ansprüche erhöht werden. 1*

 

 

 

-Druck - Definition und Messung

 

 

Wenn man Kräfte auf einen festen Körper ausübt die eine bestimmte Richtung haben, dann erzeugt man einen Druck.

Versucht man zum Beispiel mit der Hand auf eine wasseroberfläche zu drücken so weichen alle Teilchen unter der, dem erzeugtem Druck, aus.

Die SI-Einheit (Abkürzung für "Système International d’Unités", im amtlichen und geschäftlichen Verkehr verbindliche Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems) zur Messung des Drucks ist das "Pascal". Ein Pascal ist die ableitung durch die ausgeübte Kraft von einem Newton pro Quadratmeter. Auch Verständlich ist auch das "Torr" und das "(Milli-) Bar". 1*

 

 

 

-Einheiten des Drucks

 

 

„1 at ( 1 Atmosphäre = 0,981 bar » 1 bar)

 

1 bar = 1000 mbar (= 10 N/cm²)

 

1 Pa (1 Pascal = 10-2 mbar)

 

1 mbar = 0,76 Torr

 

 

‚Stärke‘ eines Vakuums

 

Grobvakuum: Atmosphärdruck - 1 mbar

 

Feinvakuum: 1 mbar - 10-3 mbar

 

Hochvakuum: 10-3 mbar - 10-8 mbar

Ultrahochvakuum: 10-8 mbar - 10-11 mbar“ 1*

 

-Das ‚erste‘ Vakuum - Torricellis Luftdruckbeweis (Schüler Galileis-Versuch von 1644)

 

 

„ Stülpt man eine beliebig lang gewählte Glasröhre voller Quecksilber in eine ebenfalls mit diesem Metall gefüllte Schale, sinkt die Quecksilbersäule im Glas auf eine Höhe von 760 mm - entsprechend dem Luftgewicht, das auf der Wanne lastet. Über der Säule entsteht luftleerer Raum: ein Vakuum. Das beweist die Versuchsanordnung oben im Zylinder: Kein Luftdruck drängt dort das Quecksilber aus dem Schälchen in das Rohr.

 

Blaise Pascal führte denselben Versuch in verschiedenen Höhenlagen über NN durch: Der Quecksilberspiegel im Rohr stand in größeren Höhen niedriger (Þ geringerer Druck).“ 1*

 

 

 

-Die Magdeburger Kugeln

 

 

  • Otto von Guericke baut zur gleichen Zeit die ersten "Vakuumpumpen".

  • Versuch von 1663 am Hof des Kurfürsten von Berlin:

  • luftdicht aneinandergefügte, leergepumpte Magdeburger Halbkugeln.

  • Pferde können die Kugelschalen nicht auseinanderziehen.

  • Außenluft presst die evakuierten Schalen zusammen, da Gegendruck fehlt. 1*

 

 

 

-Funktion eines Atomlasers im Vakuum

 

 

Der vor kurzer Zeit entwickelte Atomlaser in München hat einen sehr schmalen Strahl und kann in alle Richtungen eingesetzt werden.

Die Verbesserung basiert darauf, die Atome mit Hilfe von Laserstrahlen auf eine Geschwindigkeit von 5 Zentimetern pro Sekunde zu beschleunigen, dass reicht aus um den Laserstrahl in alle Richtungen zu schicken.

Statt wie normale Laser funktionieren, geht der Atomlaser nur in einem Vakuum.

Wenn ein solcher Laser außerhalb zur Funktion gebracht werden könnte,würde es einen Zusammenstoß zwischen den Atomen des Strahls und denen in der Atmosphäre kommen. (Der Atomlaser wird zur Herstellung von Mikrochips und kleinsten elektronischen Präzisionsgeräten verwendet.) 1*

 

 

 

Quellenangaben:

 

1*: http://mitglied.lycos.de/ralph-mennicke/Diverse-Abhandlungen/Das-Vakuum.html

2*: Microsoft Encarta Enzyklopädie 2000 PLUS

 

 

Felix Schubert