Según la definición en física, el concepto de "vacío" implica la ausencia de cualquier sustancia y elementos de la materia en un espacio determinado, en este caso se habla de un vacío absoluto. Se observa un vacío parcial cuando la densidad de la sustancia en un lugar determinado del espacio es baja. Echemos un vistazo más de cerca a este problema en el artículo.
Vacío y presión
En la definición del concepto "vacío absoluto" estamos hablando de la densidad de la materia. De la física se sabe que si se considera la materia gaseosa, entonces la densidad de la sustancia es directamente proporcional a la presión. A su vez, cuando se habla de vacío parcial, se da a entender que la densidad de partículas de materia en un espacio dado es menor que la del aire a presión atmosférica normal. Es por eso que la cuestión del vacío es una cuestión de presión en el sistema en cuestión.
En física, la presión absoluta es una cantidad igual a la relación de la fuerza(medida en newtons (N)), que se aplica perpendicularmente a alguna superficie, al área de esta superficie (medida en metros cuadrados), es decir, P=F/S, donde P es presión, F es fuerza, S es el área de la superficie. La unidad de presión es pascal (Pa), por lo que 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Vacío parcial
Se ha establecido experimentalmente que a una temperatura de 20 °C en la superficie terrestre al nivel del mar, la presión atmosférica es de 101.325 Pa. Esta presión se denomina 1ª atmósfera (atm.). Aproximadamente, podemos decir que la presión es de 1 atm. es igual a 0,1 MPa. Respondiendo a la pregunta de cuantas atmósferas hay en 1 pascal, hacemos la proporción correspondiente y obtenemos que 1 Pa=10-5 atm. Un vacío parcial corresponde a cualquier presión en el espacio considerado que sea inferior a 1 atm.
Si traducimos las cifras indicadas del lenguaje de la presión al lenguaje del número de partículas, entonces se debe decir que a 1 atm. 1 m3 de aire contiene aproximadamente 1025 moléculas. Cualquier disminución en la concentración de moléculas mencionada conduce a la formación de un vacío parcial.
Medición de vacío
El dispositivo más común para medir un vacío pequeño es un barómetro convencional, que solo se puede usar cuando la presión del gas es unas pocas decenas de porcentaje de la atmosférica.
Para medir valores de vacío más altos, se utiliza un circuito eléctrico con puente de Wheatstone. La idea de usar es medirla resistencia del elemento sensor, que depende de la concentración circundante de moléculas en el gas. Cuanto mayor es esta concentración, más moléculas golpean el elemento sensor y más calor les transfiere, esto conduce a una disminución de la temperatura del elemento, lo que afecta su resistencia eléctrica. Este dispositivo puede medir el vacío con presiones de 0,001 atm.
Antecedentes históricos
Es interesante notar que el concepto de "vacío absoluto" fue completamente rechazado por famosos filósofos griegos antiguos, como Aristóteles. Además, la existencia de la presión atmosférica no se conoció hasta principios del siglo XVII. Recién con el advenimiento de la Nueva Era comenzaron a realizarse experimentos con tubos llenos de agua y mercurio, que demostraron que la atmósfera terrestre ejerce presión sobre todos los cuerpos circundantes. En particular, en 1648, Blaise Pascal pudo medir la presión utilizando un barómetro de mercurio a una altitud de 1000 metros sobre el nivel del mar. El valor medido resultó ser mucho más bajo que al nivel del mar, por lo que el científico demostró la existencia de presión atmosférica.
El primer experimento que demostró claramente el poder de la presión atmosférica y también enfatizó el concepto de vacío se llevó a cabo en Alemania en 1654, ahora conocido como el Experimento de la Esfera de Magdeburgo. En 1654, el físico alemán Otto von Guericke pudo conectar firmemente dos hemisferios metálicos con un diámetro de solo 30 cm y luego bombeó aire fuera de la estructura resultante, creando asívacío parcial. La historia cuenta que dos tiros de 8 caballos cada uno, que tiraban en direcciones opuestas, no pudieron separar estas esferas.
Vacío absoluto: ¿existe?
En otras palabras, ¿hay algún lugar en el espacio que no contenga materia? Las tecnologías modernas hacen posible crear un vacío de 10-10 Pa e incluso menos, pero esta presión absoluta no significa que no queden partículas de materia en el sistema bajo consideración.
Pasemos ahora al espacio más vacío del Universo: el espacio abierto. ¿Cuál es la presión en el vacío del espacio? La presión en el espacio exterior alrededor de la Tierra es 10-8 Pa, a esta presión hay alrededor de 2 millones de moléculas en un volumen de 1 cm3. Si hablamos del espacio intergaláctico, según los científicos, incluso en él hay al menos 1 átomo en un volumen de 1 cm3. Además, nuestro Universo está impregnado de radiación electromagnética, cuyos portadores son los fotones. La radiación electromagnética es energía que se puede convertir en la masa correspondiente según la famosa fórmula de Einstein (E=mc2), es decir, la energía, junto con la materia, es un estado de la materia. Esto lleva a la conclusión de que no existe un vacío absoluto en el Universo que conocemos.
