معلومات حول أنظمة ومكونات الفراغ. أكواب شفط فراغ - معلومات عامة

غالبًا ما يقترب منا الأشخاص الذين يرغبون في شراء مضخة فراغ ، لكن ليس لديهم فكرة عن ماهية المكنسة الكهربائية.
دعنا نحاول معرفة ما هو عليه.

بحكم التعريف ، الفراغ هو مساحة خالية من المادة (من الكلمة اللاتينية "فراغ" - فارغ).
هناك عدة تعريفات للفراغ: الفراغ الفني ، الفراغ المادي ، الفراغ المكاني ، إلخ.
سننظر في الفراغ الفني ، والذي يُعرَّف بأنه غاز شديد التخلخل.

لنأخذ مثالاً عن ماهية الفراغ وكيف يتم قياسه.
على كوكبنا ، يوجد ضغط جوي ، يؤخذ كوحدة (جو واحد). يتغير حسب الطقس والارتفاع ولكننا لن نأخذ ذلك في الحسبان لأن هذا لن يؤثر على فهم مفهوم الفراغ بأي شكل من الأشكال.
لذلك ، لدينا ضغط على سطح الأرض يساوي 1 ضغط جوي. كل شيء أقل من 1 جو (في وعاء مغلق) يسمى فراغ تقني.

خذ إناء وأغلقه بغطاء محكم. سيكون الضغط في الوعاء 1 جو. إذا بدأنا في ضخ الهواء خارج الوعاء ، فسيظهر فيه فراغ يسمى الفراغ.
تأمل في مثال: هناك 10 دوائر في الوعاء الأيسر. فليكن الجو 1.
نصف "ضخ" - نحصل على 0.5 صراف آلي ، اترك واحدًا - نحصل على 0.1 صراف آلي.

نظرًا لوجود جو واحد فقط في الوعاء ، فإن أقصى فراغ ممكن يمكننا (نظريًا) الحصول عليه من الصفر.
"نظريا" - لأن. يكاد يكون من المستحيل التقاط جميع جزيئات الهواء من الوعاء.
لذلك ، في أي وعاء يتم ضخ الهواء (الغاز) منه ، يبقى دائمًا بعض الحد الأدنى منه. وهذا ما يسمى "الضغط المتبقي" ، أي الضغط الذي يبقى في الوعاء بعد ضخ الغازات منه.
هناك مضخات خاصة يمكن أن تصل إلى مكانس كهربائية عميقة حتى 0.00001 باسكال ، ولكن لا تزال غير صفرية.
في الحياة العادية ، من النادر أن يتطلب الأمر فراغًا أعمق من 0.5 - 10 باسكال (0.00005-0.0001 ضغط جوي).

هناك عدة خيارات لقياس الفراغ ، والتي تعتمد على اختيار النقطة المرجعية:
1. الوحدة هي الضغط الجوي. أي شيء أقل من واحد هو فراغ.
وهذا يعني أن مقياس الفراغ يتراوح من 1 إلى 0 atm (1 ... 0.9 ... 0.8 ... 0.7 ... ..0.2 ... 0.1… .0).
2. يؤخذ الضغط الجوي على أنه صفر. أي الفراغ - كل الأعداد السالبة الأقل من 0 وحتى -1.
أي أن مقياس مقياس الفراغ يتراوح من 0 إلى -1 (0 ، -0.1 ... -0.2 .... ، -0.9 ، ... -1).
أيضًا ، يمكن أن تكون المقاييس بوحدات kPa و mBar ، لكن هذا كله مشابه للمقاييس الموجودة في الغلاف الجوي.

تُظهر الصورة مقاييس فراغ بمقاييس مختلفة تُظهر نفس الفراغ:

من كل ما قيل أعلاه ، يمكن ملاحظة أن حجم الفراغ لا يمكن أن يكون أكبر من الضغط الجوي.

يقترب منا كل يوم تقريبًا أشخاص يرغبون في الحصول على فراغ من -2 ، -3 أجهزة صراف آلي ، إلخ.
ويتفاجأون جدًا عندما يكتشفون أن هذا مستحيل (بالمناسبة ، كل ثانية منهم تقول "أنت نفسك لا تعرف شيئًا" ، "ولكن الأمر كذلك مع أحد الجيران" ، إلخ.)

في الواقع ، كل هؤلاء الأشخاص يريدون قولبة الأجزاء تحت التفريغ ، ولكن بحيث يكون ضغط الجزء أكثر من 1 كجم / سم 2 (1 جو).
يمكن تحقيق ذلك من خلال تغطية المنتج بفيلم ، وضخ الهواء من تحته (في هذه الحالة ، اعتمادًا على الفراغ الناتج ، سيكون الحد الأقصى للضغط 1 كجم / سم 2 (1 ضغط جوي = 1 كجم / سم 2)) ، و ثم ضع كل شيء في الأوتوكلاف حيث سيتم إنشاء ضغط زائد. أي ، لإنشاء ضغط 2 كجم / سم 2 ، يكفي إنشاء ضغط زائد قدره 1 ضغط جوي في الأوتوكلاف.

الآن بضع كلمات حول عدد العملاء الذين يقيسون الفراغ في معرض Ampika Pumps LLC في مكتبنا:
قم بتشغيل المضخة ، وضع إصبعًا (راحة اليد) في فتحة الشفط لمضخة التفريغ واستنتاج فورًا حول قيمة الفراغ.

عادةً ما يكون الجميع مغرمًا جدًا بمقارنة مضخة التفريغ السوفيتية 2NVR-5DM والمضخة التناظرية VE-2100 التي نقدمها.
بعد هذا الفحص ، يقولون دائمًا نفس الشيء - فراغ 2NVR-5DM أعلى (على الرغم من أن كلا المضختين في الواقع تنتج نفس معلمات الفراغ).

ما هو سبب رد الفعل هذا؟ وكالعادة - في حالة عدم معرفة قوانين الفيزياء وما هو الضغط بشكل عام.

قليل من البرنامج التعليمي: الضغط "P" هو قوة تعمل على مساحة سطح معينة ، موجهة عموديًا على هذا السطح (نسبة القوة "F" إلى مساحة السطح "S") ، أي P \ u003d F / S.
ببساطة ، إنها قوة موزعة على مساحة سطح.
من هذه الصيغة ، يمكن ملاحظة أنه كلما زادت مساحة السطح ، انخفض الضغط. أيضًا ، القوة المطلوبة لإزالة اليد أو الإصبع من مدخل المضخة تتناسب طرديًا مع مساحة السطح (F = P * S).
يبلغ قطر فتحة الشفط لمضخة التفريغ 2NVR-5DM 25 مم (مساحة السطح 78.5 مم 2).
يبلغ قطر منفذ الشفط لمضخة التفريغ VE-2100 6 مم (مساحة السطح 18.8 مم 2).
أي لقطع يد من ثقب بقطر 25 مم ، يلزم وجود قوة أكبر بـ 4.2 مرة من ثقب بقطر 6 مم (عند نفس الضغط).
هذا هو السبب في أنه عندما يتم قياس الفراغ بالأصابع ، يتم الحصول على مثل هذا التناقض.
يتم حساب الضغط "P" في هذه الحالة على أنه الفرق بين الضغط الجوي والضغط المتبقي في الوعاء (أي الفراغ في المضخة).

كيف تحسب قوة الضغط لأي جزء على السطح؟
بسيط جدا. يمكنك استخدام الصيغة أعلاه ، لكن دعنا نحاول شرحها بطريقة أبسط.
على سبيل المثال ، دع الأمر مطلوبًا لمعرفة القوة التي يمكن الضغط عليها بحجم جزء 10x10 سم عند إنشاء فراغ تحته بمضخة VVN 1-0.75.

نحن نأخذ الضغط المتبقي الذي تخلقه مضخة التفريغ هذه من سلسلة VVN.
على وجه التحديد ، بالنسبة لمضخة حلقة المياه VVN 1-0.75 ، فهي 0.4 ضغط جوي.
1 الغلاف الجوي يساوي 1 كجم / سم 2.
تبلغ مساحة سطح القطعة 100 سم 2 (10 سم × 10 سم).
بمعنى ، إذا قمت بإنشاء فراغ أقصى (أي أن الضغط على الجزء سيكون 1 ضغط جوي) ، فسيتم ضغط الجزء بقوة 100 كجم.
نظرًا لأن لدينا فراغ 0.4 ضغط جوي ، فسيكون الضغط 0.4 × 100 = 40 كجم.
لكن هذا من الناحية النظرية ، في ظل ظروف مثالية ، إذا لم يكن هناك تسرب للهواء ، وما إلى ذلك.
حقًا ، يجب أن تأخذ هذا في الاعتبار وسيقل الضغط بنسبة 20 ... 40٪ ، اعتمادًا على نوع السطح وسرعة الضخ وما إلى ذلك.

الآن بضع كلمات حول مقاييس الفراغ الميكانيكية.
تعرض هذه الأجهزة ضغطًا متبقيًا في حدود 0.05 ... 1 ضغط جوي.
أي أنه لن يظهر فراغ أعمق (سيظهر دائمًا "0"). على سبيل المثال ، في أي مضخة فراغ دوارة ، عند الوصول إلى أقصى فراغ لها ، سيظهر مقياس الفراغ الميكانيكي دائمًا "0". إذا كانت هناك حاجة إلى عرض مرئي لقيم الضغط المتبقية ، فيجب تثبيت مقياس فراغ إلكتروني ، على سبيل المثال VG-64.

غالبًا ما يأتي إلينا العملاء الذين يشكلون أجزاءً تحت التفريغ (على سبيل المثال ، الأجزاء المصنوعة من مواد مركبة: ألياف الكربون ، والألياف الزجاجية ، وما إلى ذلك) ، وهذا ضروري حتى أثناء التشكيل ، يتسرب الغاز من المادة الرابطة (الراتنج) وبالتالي يحسن خصائص المنتج النهائي ، وكذلك الجزء الذي تم ضغطه على القالب بفيلم ، تم من تحته ضخ الهواء.
السؤال الذي يطرح نفسه: ما هي مضخة التفريغ التي يجب استخدامها - أحادية المرحلة أم ذات مرحلتين؟
عادة ما يعتقدون أنه نظرًا لأن فراغ مرحلتين أعلى ، فإن التفاصيل تكون أفضل.

الفراغ لمضخة أحادية المرحلة هو 20 باسكال ، لمضخة ذات مرحلتين 2 باسكال. يبدو أنه نظرًا لأن الفرق في الضغط هو 10 مرات ، فسيتم الضغط على الجزء بشكل أقوى.
ولكن هل هو حقا كذلك؟

1 ضغط جوي = 100000 باسكال = 1 كجم / سم 2.
هذا يعني أن الفرق في ضغط الفيلم عند فراغ 20 باسكال و 2 باسكال سيكون 0.00018 كجم / سم 2 (إذا لم تكن كسولًا ، فستحسب بنفسك).

هذا هو ، في الممارسة العملية ، لن يكون هناك فرق ، لأنه. زيادة 0.18 جم في قوة التثبيت لن تجعل الطقس.

كيف تحسب المدة التي تستغرقها مضخة التفريغ لضخ غرفة التفريغ؟
على عكس السوائل ، تشغل الغازات الحجم المتاح بالكامل ، وإذا قامت مضخة التفريغ بضخ نصف الهواء في غرفة التفريغ ، فسيتمدد الجزء المتبقي من الهواء مرة أخرى ويشغل الحجم بالكامل.
يوجد أدناه معادلة حساب هذه المعلمة.

ر = (V / S) * ln (p1 / p2) * F، أين

t هو الوقت (بالساعات) المطلوب لضخ حجم الفراغ من الضغط p1 إلى الضغط p2
V - حجم الخزان الذي يتم ضخه ، م 3
S - سرعة مضخة التفريغ ، m3 / h
P1 - الضغط الأولي في الخزان المفرغ ، mbar
P2 - الضغط النهائي في الخزان المفرغ ، mbar
ln - اللوغاريتم الطبيعي

F - عامل التصحيح يعتمد على الضغط النهائي في الوعاء p2:
- p2 1000 إلى 250 ملي بار F = 1
- p2250 إلى 100 ملي بار F = 1.5
- p2 100 إلى 50 ملي بار F = 1.75
- p2 50 إلى 20 ملي بار F = 2
- p2 20 إلى 5 ملي بار F = 2.5
- p2 5 إلى 1 ملي بار F = 3

باختصار ، هذا كل شيء.
نأمل أن تساعد هذه المعلومات شخصًا ما على الاختيار الصحيح لمعدات التفريغ وإظهار معرفته بكأس من البيرة ...

المصطلح " مكنسة"، كظاهرة فيزيائية - وسيط يكون فيه ضغط الغاز أقل من الضغط الجوي.

السمة الكمية للفراغ هي الضغط المطلق. الوحدة الأساسية للضغط في النظام الدولي (SI) هي باسكال (1 باسكال = 1 نيوتن / م 2). ومع ذلك ، من الناحية العملية ، توجد وحدات قياس أخرى ، مثل المليبار (1 مللي بار = 100 باسكال) و Torr أو ملليمتر من الزئبق (1 ملم زئبق = 133.322 باسكال). هذه الوحدات ليست وحدات SI ، ولكنها مقبولة لقياس ضغط الدم.

مستويات الفراغ

اعتمادًا على مقدار الضغط تحت الغلاف الجوي (101325 باسكال) ، يمكن ملاحظة ظواهر مختلفة ، ونتيجة لذلك يمكن استخدام وسائل مختلفة للحصول على هذا الضغط وقياسه. في الوقت الحاضر ، هناك عدة مستويات من الفراغ ، لكل منها تصنيفها الخاص وفقًا لفترات الضغط تحت الغلاف الجوي:

• فراغ منخفض (HV): من 10 5 إلى 10 2 Pa ،
• فراغ متوسط ​​(SV): من 10 2 إلى 10-1 باسكال ،
• فراغ عالي (HV): من 10-1 إلى 10-5 باسكال ،
• فراغ فائق (UHV): من 10-5 إلى 10-9 باسكال ،
• فراغ عالية للغاية (EHV):

تنقسم مستويات الفراغ هذه ، حسب التطبيق ، إلى ثلاث مجموعات إنتاج.

- فراغ منخفض: تستخدم بشكل أساسي حيث يجب ضخ كميات كبيرة من الهواء. للحصول على فراغ منخفض ، يتم استخدام مضخات كهروميكانيكية من نوع الريشة ، ومضخات الطرد المركزي ، ومضخات القناة الجانبية ، ومولدات التدفق ، وما إلى ذلك.

يستخدم الفراغ المنخفض ، على سبيل المثال ، في مصانع الطباعة الحريرية.

- فراغ صناعي: مصطلح "فراغ صناعي" يتوافق مع مستوى فراغ من -20 إلى -99 كيلو باسكال. يستخدم هذا النطاق في معظم التطبيقات. يتم الحصول على الفراغ الصناعي باستخدام مضخات دوارة وحلقة سائلة ومضخات مكبس ومولدات فراغ دوارة وفقًا لمبدأ فنتوري. يشمل نطاق الفراغ الصناعي أكواب الشفط ، والتشكيل الحراري ، وشبك الفراغ ، وعبوات الفراغ ، إلخ.

- الفراغ الفني: يتوافق مع مستوى فراغ من -99 كيلو باسكال. يتم الحصول على هذا المستوى من الفراغ باستخدام المضخات الدوارة ذات المرحلتين ، والمضخات الدوارة غير المركزية ، ومضخات التفريغ الجذور ، والمضخات الجزيئية التوربينية ، ومضخات الانتشار ، والمضخات المبردة ، إلخ.

يستخدم هذا المستوى من الفراغ بشكل أساسي في التجفيد والطلاء والمعالجة الحرارية. في العلم ، يتم استخدام الفراغ التقني كمحاكاة للفضاء الخارجي.

أعلى قيمة للفراغ على الأرض أقل بكثير من قيمة الفراغ المطلق ، والتي تظل قيمة نظرية بحتة. في الواقع ، حتى في الفضاء ، على الرغم من عدم وجود غلاف جوي ، هناك عدد قليل من الذرات.

كان الدافع الرئيسي لتطوير تقنيات الفراغ هو البحث في المجال الصناعي. في الوقت الحالي ، هناك عدد كبير من التطبيقات في مختلف القطاعات. يستخدم الفراغ في أنابيب الأشعة الكهربائية ، والمصابيح المتوهجة ، ومسرعات الجسيمات ، وفي الصناعات المعدنية والغذائية والفضائية ، وفي منشآت التحكم في الاندماج النووي ، وفي الإلكترونيات الدقيقة ، وفي صناعات الزجاج والسيراميك ، وفي العلوم ، وفي الروبوتات الصناعية ، وفي أنظمة إمساك باستخدام أكواب شفط فراغية وما إلى ذلك.

أمثلة على تطبيقات الفراغ في الصناعة

أنظمة التفريغ ذات الالتقاط المتعدد "OCTOPUS"

أكواب شفط فراغ - معلومات عامة

تعتبر أكواب الشفط الشفط أداة لا غنى عنها لإمساك ورفع وتحريك الأشياء والألواح والأشياء المختلفة التي يصعب تحريكها مع الأنظمة التقليدية بسبب هشاشتها أو خطر التشوه.

عند استخدامها بشكل صحيح ، توفر أكواب الشفط عملًا مريحًا واقتصاديًا وآمنًا ، وهو مبدأ أساسي للتنفيذ المثالي لمشاريع الأتمتة في الإنتاج.

سمح لنا البحث المستمر والاهتمام بمتطلبات عملائنا بإنتاج وسادات شفط تتحمل درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، والتآكل ، والتفريغ الكهروستاتيكي ، والبيئات العدوانية ، كما أنها لا تترك بقعًا على سطح الأشياء المحمولة. بالإضافة إلى ذلك ، تتوافق أكواب الشفط مع معايير سلامة EEC ومعايير الأغذية FDA و BGA و TSCA.

يتم تصنيع جميع أكواب الشفط من مكونات عالية الجودة مشكلة بالفراغ ومعالجة ضد التآكل من أجل عمر خدمة طويل. بغض النظر عن التكوين ، كل أكواب الشفط لها علاماتها الخاصة.

نظام الأخطبوط متعدد القبضة

يتم تضخيم تقلبات الفراغ للضوء (الموجة الصفراء) في الرنان البصري (المرايا العاكسة العلوية والسفلية). تخلق اهتزازات الشبكة البلورية (الذرات الحمراء) في الواجهة ثنائية الأبعاد هذه الموجة الضوئية. تقترن موجات اهتزاز الضوء الممزوجة بهذه الطريقة بقوة مع الإلكترونات في مادة رقيقة ذريًا ثنائية الأبعاد (ذرات خضراء وصفراء) ، مما يؤدي إلى تغيير خصائصها.
الصورة: J.M Harms، MPSD

أظهر علماء من القسم النظري في معهد ماكس بلانك للبنية وديناميات المادة (MPSD) في هامبورغ بألمانيا ، من خلال الحسابات النظرية والمحاكاة الحاسوبية ، أن القوة بين الإلكترونات والتشوهات الشبكية في موصل فائق ثنائي الأبعاد رقيق ذريًا يمكن أن يكون يتم التحكم فيها باستخدام الفوتونات الافتراضية. يمكن أن يساعد ذلك في تطوير موصلات فائقة جديدة للأجهزة الموفرة للطاقة والعديد من التطبيقات التقنية الأخرى.

الفراغ ليس فارغًا تمامًا. قد يبدو غريباً للناس ، لكن المشكلة شغلت علماء الفيزياء منذ ولادة ميكانيكا الكم. الفراغ الظاهر باستمرار "فقاعات" وينتج اهتزازات ضوئية حتى عند درجة حرارة الصفر المطلق. بمعنى ما ، هذه الفوتونات الافتراضية تنتظر استخدامها. يمكنهم نقل القوى وتغيير خصائص المادة.

من المعروف أن قوة الفراغ تخلق تأثير كازيمير. عندما تقوم بتحريك لوحين من المكثفات المعدنية المتوازية بالقرب من بعضهما البعض ، فإنهما يشعران بجاذبية صغيرة مجهرية ولكن قابلة للقياس بينهما ، حتى لو لم تكن الألواح مشحونة كهربائيًا. يتم إنشاء هذا الجذب من خلال تبادل الفوتونات الافتراضية بين الصفائح ، مثل شخصين يقذفان الكرة لبعضهما البعض ويتراجعان. إذا كانت الكرة غير مرئية ، فقد يفترض المرء أن هناك قوة طاردة تعمل بينهما.

نشر فريق من العلماء من MPSD دراسة في Science Advances توضح العلاقة بين قوة الفراغ والمواد الأكثر تقدمًا. على وجه الخصوص ، يقومون بالتحقيق فيما يحدث إذا تم وضع موصل فائق ثنائي الأبعاد ذو درجة حرارة عالية من سيلينيد الحديد (FeSe) على ركيزة SrTiO3 في الفجوة بين لوحين معدنيين ، حيث تتحرك الفوتونات الافتراضية ذهابًا وإيابًا.

نتيجة نظرياتهم والمحاكاة هي: تسمح قوة الفراغ للإلكترونات السريعة في الطبقة ثنائية الأبعاد بأن تقترن بقوة أكبر بذبذبات شبكة الركيزة ، والتي تتأرجح عموديًا على الطبقة ثنائية الأبعاد. يعتبر اقتران الإلكترونات فائقة التوصيل والاهتزازات الشبكية لبنة أساسية للخصائص المهمة للعديد من المواد.

يقول العلماء: "لقد بدأنا للتو في فهم هذه العمليات". "على سبيل المثال ، لا نعرف بالضبط مدى قوة تأثير ضوء الفراغ على اهتزازات السطح. نحن نتحدث عن أشباه جسيمات الضوء والفونونات ، ما يسمى phonon polaritons ". في العوازل ثلاثية الأبعاد ، تم قياس بولاريتون الفونون بواسطة الليزر منذ عقود. ومع ذلك ، فهذه منطقة علمية جديدة ، حيث نتحدث عن مواد كمومية جديدة معقدة ثنائية الأبعاد. "بالطبع ، نأمل أن يشجع عملنا زملائنا المجربين على اختبار توقعاتنا."

يسعد مدير MPSD للنظرية أنجيل روبيو بهذه القدرات الجديدة: "النظريات والمحاكاة العددية في قسمنا هي عنصر أساسي في جيل جديد كامل من التطورات التكنولوجية المحتملة. والأهم من ذلك ، أنه سيشجع الباحثين على إعادة النظر في المشكلات القديمة المتعلقة بالتفاعل بين الضوء وبنية المادة. "

روبيو متفائل جدًا بشأن دور البحث الأساسي في هذا المجال. "جنبًا إلى جنب مع التقدم التجريبي ، على سبيل المثال ، في الإنتاج الخاضع للرقابة والقياس الدقيق للهياكل الذرية وخصائصها الإلكترونية ، نتطلع إلى اكتشافات عظيمة." في رأيه ، العلماء على وشك دخول حقبة جديدة من التصميم الذري لوظائف المركبات الكيميائية ، على وجه الخصوص ، في المواد ثنائية الأبعاد والجزيئات المعقدة.

م. أ. سينتيف وآخرون. التجويف الكمي الكهروديناميكي اقتران الإلكترون والفونون المحسن الاستقطاب وتأثيره على الموصلية الفائقة ، تقدم العلوم (2018).

في نهاية مايو من العام الماضي ، امتلأت العديد من الصحف الشعبية بالعناوين الرئيسية: "العلماء يستمدون الطاقة من الفراغ!". قام أصحاب مضخات التفريغ بفرك أيديهم بابتهاج ، وكانوا يرون أنفسهم في أحلامهم بالفعل بمثابة الأوليغارشية الجديدة. ومع ذلك ، لم تظهر الطاقة المجانية من الفراغ في السوق بعد.

في عام 1948 ، درس الفيزيائيان النظريان الهولنديان هندريك كازيمير وديرك بولدر ، في بحثهما عن تفسير لخصائص الأغشية الغروية ، تفاعل الجزيئات التي تستقطب بعضها البعض مع القوى الكهرومغناطيسية. اتضح أن قوة جذب جزيء مستقطب إلى صفيحة معدنية تتناسب عكسًا مع القوة الرابعة للمسافة بينهما.

لكن هذا لم يكن نهاية الأمر. ناقش كاسيمير النتائج التي توصل إليها مع نيلز بور ، الذي لاحظ أن الانجذاب يمكن تفسيره بطريقة مختلفة تمامًا. ثم ثبت بالفعل أن الجسيمات الافتراضية للفراغ الفيزيائي تؤثر على مستويات طاقة الإلكترونات داخل الذرة (إزاحة لامب). وفقًا لبوهر ، يمكن أن يكون للتأثير الذي حسبه كازيمير نفس الطبيعة تمامًا. أجرى Casimir الحسابات المقابلة وحصل على نفس الصيغة.

تأثير كازيمير

في العام نفسه ، اقترح كازيمير مثالًا بسيطًا وتوضيحيًا لقوة الفراغ. تخيل لوحين موصلين مسطّحين موضوعتين على التوازي. ستكون كثافة الفوتونات الافتراضية بينهما أقل من الخارج ، حيث يمكن فقط إثارة الموجات الكهرومغناطيسية الواقفة ذات الترددات الرنينية المحددة بدقة. نتيجة لذلك ، في الفراغ بين الصفائح ، سيكون ضغط غاز الفوتون أقل من الضغط من الخارج ، وبسببه سينجذبان إلى بعضهما البعض ، ومرة ​​أخرى بقوة تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة لـ عرض الفتحة (عندما تقترب الألواح من بعضها البعض ، يتم تقليل مجموعة الترددات المسموح بها للموجات الواقفة ، بحيث يزداد فرق الكثافة بين الفوتونات "الداخلية" و "الخارجية"). في الواقع ، يصبح هذا الانجذاب ملحوظًا على مسافة عدة ميكرومترات. هذه الظاهرة تسمى تأثير كازيمير.

من وجهة نظر حديثة
تقلبات الفراغ هي التي تؤدي إلى قوة التفاعلات بين الجزيئات. لذلك ، فإنها تعبر عن نفسها عندما تقترب أجسام مختلفة الأشكال (ليست بالضرورة مسطحة) ، مصنوعة من معادن أو عوازل كهربائية ، من بعضها البعض. كان أول من اكتشف قبل نصف قرن أعضاء في القسم النظري في معهد المشكلات الفيزيائية يفغيني ليفشيتس ، إيغور دزيالوشينسكي وليف بيتافسكي. كما أظهروا أنه في ظل ظروف معينة يتم استبدال جاذبية كازيمير بالنفور. تم الحصول على تأكيد تجريبي موثوق لوجود مثل هذا الجاذبية في عام 1997 من قبل ستيف لامورو وعمر محي الدين وأنوشري روي. تم قياس قوى كازيميرز الطاردة تجريبياً لأول مرة في عام 2009 من قبل مجموعة بقيادة جيريمي مونداي.

مرايا متحركة

في عام 1970 ، نشر جيرالد مور ، وهو فيزيائي من جامعة برانديز الأمريكية ، مقالًا اعتبر فيه نظريًا سلوك الفراغ في تجويف محاط بمرآتين متقاربتين أو متباعدتين متوازيتين. لقد أظهر أن مثل هذه المرايا يمكنها تضخيم تقلبات الفراغ ... وجعلها تنتج فوتونات حقيقية. ومع ذلك ، وفقًا لحسابات مور ، من أجل توليد فوتونات بأي كميات ملموسة ، يجب أن تتمتع المرايا بسرعة نسبية. في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، اهتمت مشكلة تقلبات الفراغ "التراكمية" بالعديد من العلماء. أظهر تحليله النظري أن الفراغ قادر على إنتاج فوتونات حقيقية ليس فقط بالقرب من الأجسام المادية ذات السرعة تحت اللمعة ، ولكن أيضًا بالقرب من المواد التي تغير خصائصها الكهربائية أو المغناطيسية بسرعة. سُمي هذا التحول لتقلبات الفراغ الافتراضية إلى كوانتات حقيقية بتأثير كازيمير الديناميكي أو غير الثابت.

مرآة افتراضية ، فوتونات حقيقية

تأثير كازيمير المعتاد هو جذب لوحين مستويين متوازيين بسبب "انتقاء" الموجات الدائمة الرنانة بينهما. يشير التأثير الديناميكي إلى "إزالة افتراضات" من الفوتونات أثناء الحركة السريعة (النسبية) للمرايا. من الواضح أنه من المستحيل تكرار مثل هذا المخطط بطريقة ميكانيكية بحتة ، لذلك استخدمت مجموعة من جامعة تشالمرز في جوتنبرج مرايا "افتراضية" - بمساعدة تذبذبات المجال المغناطيسي ، قاموا بتغيير طول الدليل الموجي ، وهو تشبه حركة حدودها بسرعات نسبية.

حتى وقت قريب ، اقتصرت هذه الدراسات على النظرية البحتة. إن الاستنساخ المباشر لمخطط مور ، بالطبع ، يتجاوز قوة التقنيات الحديثة ، التي لا يمكنها تسريع المرايا المصنوعة من أي مواد إلى سرعات سفلية. ناقشت الأدبيات العلمية مرارًا وتكرارًا المزيد من الأجهزة العملية لمراقبة تأثير Casimir الديناميكي - على سبيل المثال ، الهزازات الكهروضغطية والرنانات الكهرومغناطيسية عالية التردد. في السنوات الأخيرة ، أثبت الفيزيائيون العاملون في هذا المجال أنفسهم في الرأي القائل بأن هذه التجارب ممكنة تمامًا.

التحقق في الممارسة

كان كريستوفر ويلسون وزملاؤه في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في مدينة جوتنبرج السويدية ، إلى جانب زملائهم من أستراليا واليابان ، أول من نجحوا. حدث "تجسيد" الفوتونات الافتراضية بالقرب من دليل موجي من الألومنيوم متصل بمقياس تداخل كمي فائق التوصيل (تقاطعان نفقان جوزيفسون متصلان بالتوازي في حلقة مغلقة). قام المجربون بتغيير محاثة هذه الدائرة عن طريق تمرير تدفق مغناطيسي من خلالها ، يتأرجح بتردد يبلغ حوالي 11 جيجا هرتز. أثرت التقلبات في الحث على الطول الكهربائي للدليل الموجي ، والذي يتأرجح بسرعة نسبية تمامًا (حوالي ربع سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الدليل الموجي ، والتي كانت تساوي تقريبًا 40٪ من سرعة الضوء في الفراغ) . الدليل الموجي ، كما هو متوقع ، أطلق فوتونات مستخرجة من تقلبات الفراغ. يتوافق طيف هذا الإشعاع مع التوقعات النظرية.

ومع ذلك ، من المستحيل استخدام هذا التثبيت للحصول على الطاقة من الفراغ: طاقة الإشعاع الناتج أضعف بما لا يقاس من الطاقة التي يجب ضخها في الجهاز. وينطبق الشيء نفسه على الأجهزة الأخرى التي يمكن استخدامها لمراقبة تأثير Casimir الديناميكي. بشكل عام ، الفراغ ليس طبقة زيتية على الإطلاق.