Informace o vakuu

Co je to vakuum?

Termín vakuum pochází z lat. vacuus (prázdný) a v technické praxi označuje prostor, v němž je tlak plynů podstatně nižší než v prostoru o atmosférickém tlaku. Dle hodnoty tlaku (v dalších textech budeme výhradně užívat pozitivní konvenci, což znamená, že nejnižší dosažitelný tlak má hodnotu 0) rozlišujeme vakuum na různé stupně, ty pak nacházejí různá uplatnění v technické praxi a v akademickém výzkumu. Zjednodušeně lze říci, že čím nižšího tlaku chceme dosáhnout, tím sofistikovanější zařízení musíme pro jeho vytvoření, udržení a měření použít.

Pro vývin vakua (podtlaku) se používá vakuových čerpadel (česky také vývěv), rozmanitých druhů a konstrukcí. Mezi nejznámější typy patří olejová rotační, pístová, šroubová, turbo-molekulární a v akademickém výzkumu nacházejí uplatnění iontová, kryogenní, sorpční, sublimační a tzv. getterová čerpadla (vývěvy).

Vakuum (podtlak) měříme měřidly - označovanými v praxi "vakuoměrkami" - různých principů, v závislosti na požadovaném rozsahu, přesnosti měření a procesní atmosféře. Obecně platí, že čím přesněji chceme měřit a čím je nižší měřený tlak, tím se měření stává náročnějším a měřidla choulostivější na poškození.

Proč používáme vakuum (podtlak) v technické praxi?

  • se snižujícím tlakem se snižuje i teplota tání a varu látek = energetická úspora - snížená teplota je také vhodná při některých procesech pro ochranu výchozího i finálního produktu
  • snížený obsah některých plynů (typicky kyslíku) v pracovní atmosféře snižuje dopady chemických reakcí na produkty a materiály reakčních komor
  • některé technické aplikace vyžadují proudění (gradientní směr toku materiálu) ke své funkci
  • některé aplikace vyžadují výměnu atmosféry nebo evakuaci procesních plynů a par a mnoho dalších.

Použití vakua v technické praxi

  • uchopování materiálu a obrobků (pick and place)
  • přeprava sypkých materiálů, par a plynů
  • potravinářský a zpracovatelský průmysl (balení, lyofilizace aj.)
  • strojírenství (tepelné zpracování, příprava vrstev aj.)
  • chemický a farmaceutický průmysl (destilace, rafinace aj.)
  • lékařství, veterinární lékařství a zemědělství
  • petrochemický průmysl (destilace, ochranné atmosféry aj.)
  • elektro průmysl (žárovky, výbojky, výroba polovodičů, tenkých vrstev aj.) a mnoho dalších.

Použití vakua v experimentální praxi

  • mikroskopické metody SEM, TEM a příprava vzorků pro AFM a STM
  • měřící metody založené na analýze elektronů, iontů a atomů
  • příprava tenkých vrstev, příprava nanostruktur
  • studium základních částic, srážek a reakcí
  • studium chemických prvků, sloučenin a substancí a mnoho dalších.

Dělení vakua na stupně dle tlaku

Pásmo (označení vakua) Tlak v mbar (hPa) Počet molekul na cm3 Střední volná dráha částice
Atmosférický tlak 1013,25 2,7•1019 68 nm
Hrubé vakuum 300 až 1 1019 až 1016 0,1 až 100 µm
Jemné vakuum 1 až 10-3 1016 až 1013 0,1 až 100 mm
Vysoké vakuum (HV) 10-3 až 10-7 1013 až 109 100 mm až 1 km
Ultravysoké vakuum (UHV) 10-7 až 10-12 109 až 104 1 až 10km
Extrémně vysoké vakuum (XHV) <10-12 <104 >105 km

Jednotky tlaku, měření a technické termíny

Pro měření a určování tlaků se ve fyzice dle soustavy SI užívá jednotka Pascal, zkratka Pa.

Z hlediska historického vývoje se ve vakuové praxi používá také násobků hPa (mbar), jednotek barTorrmm Hg a mm H20 a jejich násobků.

V technické praxi se využívá především pozitivní konvence, která má za nejnižší hladinu tlaku, tlak 0 (nezáleží na rozměru). Někdy se však používá i negativní konvence, kdy je za nulovou hladinu stanovena standardní hodnota atmosférického tlaku a vakuum (podtlak) je pak počítán jako rozdíl (záporná hodnota, např. -100 hPa). Existuje také způsob označování jako % vakua (např. 90% vakua znamená tlak o hodnotě 10% hodnoty atmosférického tlaku = 101,325 hPa). Naše společnost využívá výhradně pozitivní konvenci a všechny uváděné hodnoty jsou absolutní, kladná čísla. Nulovou hladinou označujeme tzv. perfektní vakuum, technicky a fyzikálně nedosažitelnou hodnotu tlaku 0.

 

Tento článek přináší pouze obecné a základní informace o vakuu. Pokud hledáte rozsáhlejší nebo odbornější informace, neváhejte nás prosím kontaktovat - rádi Vám poradíme kde hledat.