پمپ وکیوم ( خلاء)

خلاء چیست : 

خلاء فضای خالی از ماده است، به این معنی که فشار کمتری نسبت به جو اطراف دارد. از نظر علمی، خلاء کامل، خلأی است که فشار آن صفر مطلق باشد، اما در کاربردهای عملی، خلاء معمولاً به ناحیه‌ای اطلاق می‌شود که فشار آن به طور قابل‌توجهی کمتر از فشار اتمسفر است (1 اتمسفر = 101.3 کیلو پاسکال).

تعریف فشار اتمسفر : فشار اتمسفر که معمولاً به آن فشار هوا گفته می شود، نیرویی است که وزن هوا در بالای یک نقطه خاص در جو زمین وارد می شود. این فشار به عنوان فشار وارد شده توسط ستون هوا از سطح دریا به بالای جو تعریف می شود.

اندازه گیری فشار اتمسفر:

فشار اتمسفر اغلب در چندین واحد اندازه گیری می شود، از جمله:

1– پاسکال (Pa): واحد SI که در آن 1 پاسکال برابر است با 1 نیوتن در هر متر مربع (N/m²).

2- –  کیلوپاسکال (کیلو پاسکال) : معمولاً در هواشناسی استفاده می شود که در آن 1 اتمسفر برابر با 101.3 کیلو پاسکال است.

3- میلی متر جیوه (mmHg) : این واحد از ارتفاع یک ستون جیوه به دست می آید. 1 اتمسفر معادل تقریباً 760 میلی متر جیوه است.

4- – Torr: واحدی معادل mmHg که 1 Torr به عنوان 1/760 اتمسفر تعریف می شود.

5- – پوند بر اینچ مربع (psi) : معمولاً در ایالات متحده استفاده می شود، جایی که 1 اتمسفر برابر با 14.7 psi است.

چگونه فشار اتمسفر کار می کند:

1. ترکیب هوا: اتمسفر از مخلوطی از گازها (عمدتاً نیتروژن، اکسیژن و آرگون، همراه با گازهای کمیاب) تشکیل شده است. وزن این مولکول های گاز به فشار اتمسفر کمک می کند.

2. نقش جاذبه: گرانش مولکول های هوا را به سمت سطح زمین می کشد و فشار ایجاد می کند. هرچه به سطح دریا نزدیکتر باشید، به دلیل وزن هوای بالا، فشار هوا بیشتر می شود.

3. کاهش فشار با ارتفاع : با افزایش ارتفاع، چگالی هوا کاهش می یابد زیرا مولکول های هوای کمتری بالای ناظر وجود دارد. در نتیجه، فشار اتمسفر با ارتفاع کاهش می یابد:

– در سطح دریا، فشار اتمسفر استاندارد 1 اتمسفر (101.3 کیلو پاسکال) تعریف شده است.

– در ارتفاعات بالاتر، مانند کوهستان، فشار می تواند به میزان قابل توجهی کمتر باشد.

عوامل موثر بر فشار اتمسفر:

1. دما : هوای گرم چگالی کمتری نسبت به هوای سرد دارد. با گرم شدن هوا، منبسط می شود و باعث کاهش فشار می شود. بنابراین، فشار اتمسفر می تواند با تغییرات دما تغییر کند.

2. رطوبت: بخار آب نسبت به نیتروژن و اکسیژنی که جایگزین آن می شود چگالی کمتری دارد. هنگامی که هوا مرطوب می شود، حاوی بخار آب بیشتری است و در نتیجه چگالی کمتر و فشار کمتری دارد.

3. سیستم های آب و هوا: فشار اتمسفر تحت تأثیر سیستم های آب و هوایی است:

*-  فشار بالا : مرتبط با هوای صاف و منصفانه. بالا آمدن هوا سرد و پایین می آید که منجر به فشار بیشتر می شود.

*- فشار کم: همراه با ابری و بارندگی. هوا بالا می رود، سرد می شود و منبسط می شود و در نتیجه فشار کمتری ایجاد می شود.

اندازه گیری فشار اتمسفر:

برای اندازه گیری فشار اتمسفر از ابزارهای مختلفی استفاده می شود:

1- بارومتر جیوه: فشار را با ارتفاع یک ستون جیوه در یک لوله شیشه ای اندازه گیری می کند. اگر فشار افزایش یابد، جیوه افزایش می یابد. اگر کاهش یابد، جیوه سقوط می کند.

2- بارومتر Aneroid: از یک کپسول فلزی مهر و موم شده و انعطاف پذیر استفاده می کند که با تغییر فشار منبسط و منقبض می شود و اندازه گیری بدون مایع را ارائه می دهد.

3- فشارسنج های دیجیتال : از سنسورهای الکترونیکی برای اندازه گیری فشار استفاده کنید و خوانش های دیجیتال را ارائه دهید.

اهمیت فشار اتمسفر:

1.  آب و هوا و آب و هوا : فشار اتمسفر در تعیین الگوهای آب و هوا و رفتار آب و هوایی اساسی است. هواشناسان از سیستم های فشار برای پیش بینی شرایط آب و هوایی استفاده می کنند.

2. فیزیولوژی انسان: بدن ما برای زندگی در فشار اتمسفر خاصی سازگار است. تغییرات سریع فشار، مانند هنگام غواصی یا کوهنوردی، می تواند اثرات فیزیولوژیکی داشته باشد (به عنوان مثال، بیماری رفع فشار).

3. مهندسی و طراحی: بسیاری از کاربردهای مهندسی فشار اتمسفر را هنگام طراحی سازه‌ها (به عنوان مثال، هواپیما، ساختمان) برای تحمل شرایط مختلف فشار در نظر می‌گیرند.

نتیجه گیری:

فشار اتمسفر یک جنبه حیاتی از محیط زیست زمین است که بر همه چیز از الگوهای آب و هوا گرفته تا سلامت انسان تأثیر می گذارد. درک نحوه عملکرد، آنچه بر آن تأثیر می‌گذارد و نحوه اندازه‌گیری آن برای رشته‌هایی مانند هواشناسی، هوانوردی و علوم محیطی حیاتی است.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

برای ایجاد خلاء از چه چیزی می توانید استفاده کنید؟

خلاء را می توان با استفاده از روش ها و دستگاه های مختلفی ایجاد کرد، از جمله:

1. پمپ های خلاء: دستگاه های مکانیکی که به طور خاص برای حذف هوا و گاز از یک محفظه مهر و موم شده طراحی شده اند.

2- دستگاه های مکنده : وسایل ساده مانند سرنگ یا مکنده می توانند خلاء کوچکی ایجاد کنند.یا مکنده های صنعتی که می توانند مکش بیشتری تولید کنند

3- واکنش های شیمیایی : برخی از واکنش های شیمیایی می توانند گاز را مصرف کنند و محیطی با فشار کم ایجاد کنند.

4- تکنیک های برودتی: گازهای خنک کننده را تا دماهای پایینی که متراکم می شوند به مایع تبدیل می کنند و در نتیجه فشار را کاهش می دهند.

5. روش های مکانیکی : مانند استفاده از پیستون برای حذف فیزیکی هوا از محفظه.

تعریف پمپ خلاء:

پمپ خلاء یک دستگاه مکانیکی است که مولکول های گاز را از یک حجم مهر و موم شده برای ایجاد خلاء خارج می کند. پمپ معمولاً تعداد مولکول های هوا یا گاز موجود در یک فضای مشخص را کاهش می دهد و فشار کمتری نسبت به جو اطراف ایجاد می کند.

تاریخچه یک پمپ خلاء:

1 – مفاهیم اولیه: مفهوم خلاء از دوران باستان شناخته شده است. فیلسوفانی مانند ارسطو در مورد ایده خلاء فکر کردند.

2 – فشار سنج توریچلی (1643): اوانجلیستا توریچلی یک فشارسنج اختراع کرد و کشف کرد که جیوه می تواند توسط فشار اتمسفر پشتیبانی شود و نشان داد که خلاء می تواند وجود داشته باشد.

3 – پمپ خلاء (دهه 1650): Otto von Guericke، مهندس آلمانی، اولین پمپ خلاء مکانیکی را در سال 1650 ساخت. آزمایشات او، از جمله “نیمکره های ماگدبورگ” معروف، قدرت فشار اتمسفر را به نمایش گذاشت .

 4 – پیشرفت ها: در طول سال ها، طرح های مختلفی از پمپ های خلاء از جمله پمپ های دوار، پمپ های انتشار و پمپ های توربو توسعه یافتند و کارایی و قابلیت های آنها را افزایش دادند.

شرح کامل پمپ خلاء و نحوه عملکرد آن:

انواع پمپ های وکیوم:

1- پمپ های جابجایی مثبت : این پمپ ها با حذف حجم مشخصی از هوا یا گاز و سپس جابجایی آن به جو عمل می کنند.

انواع متداول عبارتند از:

A- پمپ های پیستونی: از پیستون برای ایجاد خلاء با کشیدن مکانیکی گاز به داخل سیلندر و بیرون راندن آن استفاده کنید.

B- پمپ های دیافراگمی: برای ایجاد جلوه خلاء از دیافراگم استفاده کنید، مناسب برای ایجاد سطوح خلاء کم بدون آلودگی.

2. پمپ های انتقال مومنتوم: این پمپ ها از مومنتوم برای انتقال گاز از سمت کم فشار به سمت اگزوز استفاده می کنند.

انواع متداول عبارتند از:

 A- پمپ های انتشار : برای جذب مولکول های گاز و هدایت آنها به خارج از پمپ به جت های بخار پرسرعت تکیه کنید.

B- پمپ های مولکولی توربو: از تیغه هایی که به سرعت در حال چرخش هستند برای ایجاد حرکت به مولکول های گاز استفاده کنید و به طور موثر خلاء ایجاد کنید.

3-پمپ های برودتی : اصل عملکرد: اینها با خنک کردن سطوح داخل پمپ تا دمای بسیار پایین عمل می کنند و به مولکول های گاز اجازه می دهند متراکم

شوند و روی این سطوح به دام بیفتند.

– مثال: اغلب در کاربردهای علمی و صنایعی که نیاز به خلاء فوق العاده بالا دارند، مانند ساخت نیمه هادی ها استفاده می شود.

4 – پمپ های یونی :  اصل عملیات: اینها مولکولهای گاز را با یونیزه کردن آنها و سپس استفاده از میدانهای الکتریکی برای جمع آوری یونها حذف می کنند

و به طور موثر فشار را کاهش می دهند.

کاربرد رایج: در کاربردهای خلاء فوق العاده بالا در تحقیقات علمی استفاده می شود.

پمپ خلاء چگونه کار می کند: