Pressure

How do we Control Pressure?

Często chcemy kontrolować ciśnienie, czyniąc je wyższym lub niższym od ciśnienia atmosferycznego. Na przykład, w przemyśle chemicznym, wiele reakcji przebiega przy wysokich ciśnieniach. W laboratorium, możemy użyć niskiego ciśnienia, aby przeciągnąć ciecz przez filtr lub odparować rozpuszczalnik. Możemy również wykorzystać techniki próżniowe do prowadzenia chemii „bez powietrza”, jeśli chcemy badać cząsteczki reagujące z wodą lub powietrzem, usuwając całe powietrze z pojemników przed dodaniem substancji chemicznych. Wiele ważnych instrumentów używanych w fizyce i chemii, takich jak mikroskopy elektronowe, działa tylko w próżni.

Aby wytworzyć próżnię, zwykle używamy pompy do usuwania powietrza. Nie możemy wytworzyć idealnej próżni, w której nie ma żadnych cząsteczek gazu, ale możemy zmniejszyć liczbę cząsteczek do bardzo niskiego poziomu. Aby uzyskać ultra-wysoką próżnię, a nawet tylko wysoką próżnię, możemy użyć dwóch lub więcej różnych rodzajów pomp. Niektóre pompy działają poprzez wielokrotne zwiększanie objętości, tak że gaz rozszerza się w większej przestrzeni, a następnie zostaje oddzielony od obszaru, który jest ewakuowany. (Zobacz kilka obrazów w Wikipedii.) Możemy też wchłonąć cząsteczki gazu na powierzchnię, aby usunąć je z ewakuowanej przestrzeni. Normalne odkurzacze używane w domach mogą mieć ciśnienie 0,2 atm, podczas gdy ultra-wysoka próżnia w laboratorium może wynosić 100 nPa.

Aby wytworzyć bardzo wysokie ciśnienie, naukowcy czasami używają kowadeł diamentowych. Na przykład, geochemicy, którzy badają, jak skały tworzą może umieścić trochę wody i proszku mineralnego między końcówkami dwóch małych, spiczastych diamentów (tak jak można zobaczyć w pierścionku zaręczynowym). Następnie popychają diamenty razem, a siła koncentruje się tylko na maleńkich czubkach diamentów, więc ciśnienie jest ogromne, jak 3 miliony atm. A ponieważ diamenty są przezroczyste, naukowcy mogą obserwować, co dzieje się bezpośrednio przez diament!

Rysunek 3: Przekrój poprzeczny Diamond Anvil Cell. Uwzględnione są następujące elementy: Dwa diamenty, pomiędzy którymi powstaje ciśnienie. Próbka. Rubin, który jest zwykle używany jako wskaźnik ciśnienia. Uszczelka, która uszczelnia komorę próbki Obudowa z wkrętami. Dokręcanie śrub powoduje zbliżenie obudowy i diamentu do siebie i wytworzenie ciśnienia. Płyta nośna, która utrzymuje diament w miejscu. Promienie elektromagnetyczne, które przechodzą przez komorę próbki, umożliwiając pomiary. (CC-SA-BY-3.0; Tobias1984)