vuoto - Scienza per Tutti

Report
Liceo Scientifico G.Galilei- Palermo
a.s. 2012-2013
Alunni della classe II e IV F
Docente Lidia Palumbo
Cos’ è il vuoto ?
Il contrario di pieno,quindi,che non contiene
nulla,che non ha nulla dentro di sé.
 In matematica,è l’insieme privo di elementi,cioè
l’insieme nullo, indicato col simbolo Ø.
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
Il vuoto è l’assenza “assoluta” di materia .
Nel 5° secolo a.C. nasce presso i Greci una corrente di
pensiero che associa l’essere e il non essere
rispettivamente al pieno e al vuoto. Secondo
Democrito la natura dei corpi dipende
dall’aggregazione di atomi.
L’atomo è
indivisibile
Nella storia del pensiero scientifico ,l’esistenza del
vuoto è stata negata da Aristotele,in
contrapposizione alle teorie democritee.
Il vuoto non esiste:
”Natura abhorret a
vacuo”
L’assenza “assoluta” di materia si può realizzare?
Nooooooooooo.
 In senso scientifico e tecnico,il vuoto è, in pratica,lo
stato in cui la pressione residua dovuta all’aria o
altri gas e’ inferiore a quella dell’ambiente
circostante (in particolare la pressione atmosferica).
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
Il grado di vuoto, si misura in base alla pressione
(p=F/S) dell’ aeriforme residuo presente .

Nel XVII secolo le due nozioni complementari di
pressione atmosferica e di vuoto diventano fatti
scientifici basati sulla esperienza.
La pressione si misura in pascal nel S.I.,ma ,esistono
altre unità di misura.
 L’atmosfera (atm), cioè la pressione esercitata
dall'atmosfera terrestre al livello del mare, è circa
101325 Pa .
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Si distinguono 5 categorie di vuoto :
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• Low Vacuum (LV)
105 — 102 Pa
(basso vuoto)

• Medium Vacuum (MV)
102 — 10-2 Pa
(medio vuoto)

• High Vacuum (HV)
10-2 —10-6 Pa
(alto vuoto)
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• Ultrahigh Vacuum (UHV)
< 10-6 Pa
(vuoto ultra alto)

• Extreme Ultrahigh Vacuum (XHV)
< 10-10 Pa
(vuoto estremo)
Con l’esperimento di Torricelli si dimostra
l’esistenza della pressione atmosferica.
 L’altezza h della colonna di mercurio corrisponde
alla pressione atmosferica e ne controbilancia
l’azione .
 (vedi link su Evangelista Torricelli
http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=c
om_content&view=article&id=1717&Itemid=477 )
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Nel 1648 Puy de Dome e F.Perier rilevano le altezze
del mercurio con un barometro torricelliano a varie
altitudini e dimostrano che un “vuoto naturale” può
trovarsi a grandi altitudini.

Nel 1650 O. von Guericke realizza i famosi
esperimenti di Magdeburgo.

Noi ci abbiamo provato in laboratorio….
Un palloncino si
“gonfia” quando
diminuisce la
pressione dentro la
campana.
Il suono si propaga nel vuoto?
Una sveglietta o un cellulare posti in un campana
collegata ad una pompa pneumatica
diventano…..muti!!!
 Il suono non si propaga nel vuoto ma ha bisogno di
un mezzo elastico per diffondersi.
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
La fiamma della candela, ma più in generale il fuoco,
per poter bruciare (per poter "vivere") ha bisogno
dell' ossigeno. Quando la candela si pone sotto una
campana a vuoto,quindi, si spegne.

Un beker contenente acqua , si trova dentro
una campana in cui lentamente la pressione
diminuisce. Esso permette di far vedere
l’ebollizione a temperatura ambiente. (vedi il
video)
Diminuendo la pressione all’interno della
campana il liquido fluisce dalla buretta al beker.
Il giogo del baroscopio supporta due
oggetti di massa e volume diversi . Si
trova la posizione di equilibrio in aria . Si
pone il baroscopio dentro la campana e
lentamente si aspira l’aria. Si constata
che il corpo di volume maggiore si
sposta verso il basso man mano che il
“vuoto” aumenta. Perché? Ricorda che il
principio di Archimede vale nei
fluidi,quindi anche in aria.
La ventosa aderisce alla superficie di un oggetto quando
la pressione esterna (pressione atmosferica) è maggiore
della pressione esistente tra la ventosa e la superficie
dell’oggetto. La forza di sollevamento della ventosa
dipende dal grado di vuoto raggiunto dalla pompa e dalla
sua capacità di compensare le perdite.
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Funziona prima con l’aria al suo interno e poi
estraendo l’aria con una pompa .
 Permette di dimostrare che ,quando nel tubo c’è
l’aria ,i corpi pesanti cadono più velocemente di
quelli leggeri. Quando si aspira l’aria dal tubo (tubo
“vuoto”),oggetti pesanti e leggeri cadono tutti con
la stessa accelerazione di gravità. L’accelerazione di
gravità è indipendente dalla massa dei gravi.
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La densità delle particelle nell’atmosfera
terrestre non è costante. Essa diminuisce con
l’altezza.
Il 99 % della atmosfera si trova in una fascia
sino a 50 Km di quota.
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La caduta libera è una caduta di un corpo in
un mezzo senza “attrito”.
Felix Baumgartner, austriaco 43enne
soprannominato Fearless (senza paura) si è
lanciato nel “vuoto” , per volare a velocità
stratosferica verso la sua Terra ,realizzando il
più antico dei sogni dell’uomo: volare.
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Il 90% della massa dell'aria della terra si trova
sotto i 10 km di altezza.
Quindi il volo di Felix Baumgartner è
avvenuto in una zona di vuoto spinto.
L’assenza di aria gli ha permesso di
raggiungere in breve tempo la velocità del
suono (340 m/s circa ).
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Il vuoto ha un ruolo importante in numerosi
esperimenti in fisica e chimica. Nel periodo
1901-1906 diversi vincitori del premio Nobel hanno
utilizzato tecniche di produzione del vuoto:
H. Rontgen (raggi X)
J.W. Rayleigh (scoperta argon)
P.A. Lenard (ricerche sui raggi catodici)
W.Thompson (conducibilità dei gas)
Nella vita quotidiana si è continuamente a contatto
con applicazioni della tecnica del vuoto.
 Ecco un link per una panoramica

http://www.aiv.it/?q=content/vuoto
 I raggi catodici sono fasci di elettroni che si producono
all'interno di un tubo elettronico a vuoto, rilasciati dal
catodo ( elettrodo con carica negativa), solitamente
per effett0 termoionico. Nel vuoto spinto del tubo
catodico gli elettroni viaggiano ad alta velocità verso
l'anodo, l'elettrodo positivo (attratti per effetto della
forza di Coulomb). Sono deflessi da campi elettrici e
magnetici. Sono evidenziati da sostanze fluorescenti
che emettono luce quando colpiti dagli elettroni.

Nei vecchi televisori a tubo catodico gli
elettroni emessi da diversi cannoni spazzano
lo schermo ed eccitano particelle ad emettere
luce (si formano così le immagini).
E’ un tubo di vetro che presenta alle estremità due
elettrodi ai quali applicare una tensione variabile e
collegato ad una pompa a vuoto.
Permette di studiare la conduzione elettrica nei gas e di
osservare gli effetti al variare della pressione.
http://youtu.be/U84JXt9RMKU
Diminuendo la pressione è possibile
aumentare il cammino libero medio λ ( la
distanza media percorsa da una particella fra
due urti successivi)
di particelle (molecole, elettroni, ioni) fino a distanze
macroscopiche. Ciò avviene nei tubi catodici, tubi
termoionici,acceleratori di particelle …..

Il laboratorio di astrofisica spaziale dell'Osservatorio
Astronomico G.S. Vaiana di Palermo, denominato
X-ray Astronomy Calibration and Testing (XACT)
facility, viene utilizzato nello sviluppo e calibrazione
di strumentazione per astronomia a raggi X.


L’astronomia X si avvale della radiazione X
(invisibile),emessa dai corpi celesti. La camera di
misura si apre all'interno di una camera pulita di
classe 1000, cioè uno spazio dove la qualità dell'aria
è controllata in modo da non avere più di 1000
particelle di polvere per piede cubico (equivalenti a
35 particelle per decimetro cubico).

La camera a vuoto, include un tubo di 16 metri alle cui estremità
sono poste la sorgente di raggi X ed una sezione di misura. Il tubo
consiste di 11 pezzi a sezione circolare, il cui diametro varia,
seguendo la divergenza del fascio di raggi X da un minimo di 150
mm, dal lato della sorgente X, a un massimo di 630 mm,
all'estremità della sezione di misura. Il lungo tubo serve a
collimare il fascio e rendere puntiforme la sorgente ai fini degli
esperimenti. Il sistema di pompaggio che crea il vuoto all'interno
del tubo (necessario perchè l'emissione X si propaghi senza essere
assorbita) garantisce un vuoto molto pulito e privo di
contaminazioni di carbonio, quindi molto adatto all'utilizzo di
rivelatori sensibili alla presenza di questi contaminanti.
Il vuoto più spinto che si può realizzare in laboratorio
non è paragonabile al vuoto spaziale e infatti:
La densità della materia negli spazi tra le galassie è circa
10-29 g/cm3 (XHV) , ma non è nulla …..quindi
”Natura abhorret a vacuo??”
Se per vuoto assoluto,poi, intendiamo assenza di
materia e di radiazioni,lo spazio intergalattico è
vuoto?
 Lo spazio è permeato da radiazioni
elettromagnetiche (ricorda l’equivalenza massa –
energia).

”Natura abhorret a vacuo??”

http://www.youtube.com/watch?feature=p
layer_detailpage&v=5jjdeE5wB5s

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