Program

Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ

Program

• 09:00 - 09:10 Uvod• 09:10 – 10:10 Predavanje o vakuumu• 10:30 – 12:00 Demonstracijski pokusi• 12:00 – 12:15 Pauza• 12:15 – 13:15 Vakuumska radionica/ film o vakuumu• 13:30 – 14:30 Vakuumska radionica/ film o vakuumu• 14:30 - 14:40 Završna riječ i razno

Okvirno vrijeme


VAKUUM

Slobodan MiloševićHrvatsko vakuumsko društvo


Tajna plazmene kugle


HRVATSKO VAKUUMSKO DRUŠTVO

ZNANSTVENO-STRUKOVNA UDRUGA GRAĐANA KOJA OKUPLJA INŽENJERE,ZNANSTVENIKE, …, S CILJEM PROMOVIRANJA SVIH DJELATNOSTI VEZANIH UZ VAKUUM

KONTAKT: [email protected]

član svjetske organizacije i Hrvatskog inženjerskog saveza


Plan predavanja

• Što je vakuum?• Kako proizvesti vakuum?• Povijest vakuuma• Gdje je vakuum u školskom programu?

• Vakuum u znanosti• Vakuumske tehnologije• Vakuum u svakodnevnom životu• Vakuum u budućnosti


Vakuum

• Void [engl.] (isprazniti, izbaciti, nepopunjen, nevažećim, nezauzet, ništavan, poništen, poništiti, prazan, praznina, praznini, prazno mjesto, uzaludan)

• Vacuum (vakuum)• Ništa• Praznina• Zrakoprazan prostor• Međuprostor• Podtlak

lat. vacua - prazan, praznina ili prazan prostor


Vakuum na Googlu


Tri parametra:

Tlak Pa (N/m2), mbar, Torr (mmHg)

Gustoća čestica po m3 ili cm3

Srednji slobodni put m (km)

1 bar = 105 Pa, 1 mbar = 100 Pa

Vakuum - definicija

Pod vakuumom se razumijeva prostor u kojem se plin ili para nalaze pod tlakom nižim od atmosferskoga.


Prirodni vakuum“Outer space” – svemirski (vanjski) prostor je najbolja prirodna aproksimacija vakuuma

Kármán line – tlak padne na 1 Pa na visini oko 100 km.

http://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_line

http://en.wikipedia.org/wiki/K%C3%A1rm%C3%A1n_line


Prirodni vakuumi u međugalaktičkom prostoru ima nekoliko atoma vodika po metru kubnom !


Atmosfera


Felixsov skok


Odnosi veličina


Tablica gustoćeUniverzalna tablica gustoće g/cm -3

Veliki prasak beskonačno

Crna rupa 1027

Neutronska zvijezda 1014

Bijeli patuljak 106

Središte Sunca 158

Sunce (prosječna gustoća) 1.4

Voda na zemlji 1

Zrak 10-3

Vakuum u laboratoriju 10-18

Međuzvijezdani prostor 10-24

Svemir 10-30

Prazna područja prostora 10-33

60RedovaVeličina !


Gustoća objekata


Područja vakuuma

PODRUČJEtlak


Vakuumske pumpe


Mjerači vakuuma


Kako napraviti vakuum?

Vakuumski čep za vino ?

Usisač za prašinu ?

Vakuumpak aparat ?

UOČITE RAZNE VAKUUMSKE SISALJKE U RADIONICI!

JEDNA SE JAKO RAZLIKUJE: ADSORPCIJSKA!


Povijest – put do vakuuma

Leukippos (5th century B.C.) Demokritos (460-370 B.C.) – atomistička teorija – implicitni prazan prostor


Crno razdoblje za vakuum

Descartes (1596-1650) – prostor mora biti ispunjen

Aristotle (384-322 B.C.)

"horror vacui“ 350 p.k. strah od vakuuma

Vakuum nije prirodanVakuum je beskoristan


Sloboda za vakuumGalileo (1564-1642) - 16 st. Galileo i Bete, vodena sisaljka, zrak ima težinu

Blaise Pascal (1623 - 1662) – tlak zraka pada s visinom

Torricelli (1608-1647) – prvi stvoreni vakuum


Prvi vakuum

Pascalov dokaz

Torrichelijev javni pokus


Vakuumski preporod

Otto von Göricke, (1602-1686)Magdeburg 1654. godina manometer (1661),zračna pumpa (1650)

p V / T = constant

Robert Boyle (1627-1691)


Magdeburške polukugle

Gradonačelnik Magderburga


Razvoj vakuumske tehnologije

Pumpe 1640.Von Goericke

Robert Boyle and Robert Hook1660 god.


Razvoj vakuumskih pumpi


Prekretnica

Geisslerova pumpa sa živom1854

Sir William Crooks1870.

1879. Edison žarulja !


Pumpe za industriju

Gaede , 1907.

Rotacijska uljna pumpa


Povijest – rođenje moderne fizike

J.J. Thomson (1856-1940) - elektron 1897.Wilhelm Conrad Röntgen (1845- 1923) - X- zračenje, 8 studenog, 1895.

Sa akceleratorima počinje nuklearna fizika i fizika elementarnih čestica

Heisenberg – princip neodređenosti 1927

Kvantna fizikaDirac – Dirackova jednadžba, 1928.čestice i antičestice, kvantne fluktuacije vakuuma, zero point energy , kvantni vakuumLamb – Lambov pomak 1947. – elektron u atomu “osjeća” kvantne fluktuacije vakuuma

Ključna otkrića omogućena razvojem vakuumske tehnologije (žarulja)

Pitanje širenja svjetlosti kroz vakuum - pitanje eteraMichelson- Morley eksperiment 1887.

Einstenova specijalna teorija relativnosti, 1905 – nema etera

NEMA APSOLUTNO PRAZNOG PROSTORA!

POGLEDAJTE FILM!


Teorija Velikog praskaSvemir nastao iz vakuuma

Struktura svemira vezana je uz kvantne fluktuacije vakuuma


Gdje je sve skrivena vakuumska tehnologija?

ŠTO KAD BI NESTALO VAKUUMSKE TEHNOLOGIJE?


Primjene vakuumaVakuumsko pakiranjePrehrambena IndustrijaMedicinaFarmacijaKemijaSolarna tehnologijaPoluvodička industrijaPneumatski transport

Termo oblikovanjePlastična industrijaAutomatizacijaPakirna industrijaElektronička industrijaTiskarska industrijaZaštita okolišaDrvna industrijaIzvori energijeMetalna industrijaPapirna industrija


Vakuumska solarna tehnologija


Laser i tranzistor

Dr. Theodore Maiman of Hughes Research Laboratories, with the first working laser.Photo Credit: HRL Laboratories, LLC

This is a picture of the first transistor invented at Bell Labs by Bardeen, Brittan, and Shockley in 1947


Visoke tehnologije

Tlak 10-4 to 10-5 Pa odgovara 1014 to 1013 molekula dušika u sekundi na cm2

Za jedan mono sloj treba 1015 atoma po cm2 , tj. 10 sekundi

Potrebni su tlakovi 10-7 Pa, što znači formiranje monosloja unutar par sati(srednji slobodni put od 50000 km)

Monday, 20 February 2012 - single-atom transistor!

STM i UHV


Uloga vakuuma u izvorima svjetlosti


Ima li razloga (prostora) da se o vakuumu

uči u OŠ i SŠ?


Kemija: 7. razred8. Zrak i glavni sastojci zraka , poznavati osnovna fizikalnasvojstva atmosfere (tlak zraka smanjuje se s visinom, …

Fizika: 7 razred14. TlakKljučni pojmovi: tlak, paskal (pascal), Pa.Obrazovna postignuća: opisati tlak na primjerima; primijeniti znanje na jednostavnim zadacima.

Kemija: 8. razred 7. Fosilna gorivaKljučni pojmovi: suha destilacija, frakcijska destilacija,ugljen i nafta kao izvori organskih spojeva.steći elementarna znanja o frakcijskoj destilaciji nafte, vakuumskoj i suhoj destilaciji;

Vakuum u Osnovnoj školi


Vakuum u školi

18. Jednoliko ubrzano gibanjeKljučni pojmovi: jednoliko ubrzano gibanje, slobodni pad.Obrazovna postignuća: opisati jednoliko ubrzanogibanje kao gibanje sa stalnom akceleracijom; objasniti slobodni pad kao primjer jednoliko ubrzanoga gibanja; nacrtati grafički prikaz ovisnosti brzine o vremenu.

22. ZvukKljučni pojmovi: zvučni izvori, brzina zvuka, zvuk kao longitudinalni val.Obrazovna postignuća: opisati nastajanje i rasprostiranje zvuka u različitim sredstvima; usporediti brzine zvuka u zraku, vodi i drugim sredstvima.

23. Rasprostiranje svjetlostiKljučni pojmovi: svjetlosni izvori, svjetlosna zraka, pravocrtno rasprostiranje svjetlosti, sjena.Obrazovna postignuća: objasniti ideju pravocrtnog rasprostiranja svjetlosti, te da je brzina svjetlosti najveća moguća brzina u prirodi.

8. razred


Vakuum u školi

• Fizikalne pojave treba neprestano povezivati sa svakodnevicom.

FIZIKA 7. RAZREDTema: 6. Gustoća tvari

• uspoređivati podatke iz tablice o gustoći tvari

11. Izborni sadržaji: • primjeri ekstremnih gustoća • određivati gustoću tekućina i plinova

VELIKE I MALE GUSTOĆE !


Vakuum u školi

FIZIKA 7. RAZREDTema: 7. Građa tvari

7. Novo stručno nazivlje: • čestice tvari• međuprostori

8. Podatci koje treba upamtiti: 09. Obrazovna postignuća:

navesti i objasniti primjere za čestičnu građu tvari I postojanje međuprostora između čestica


Vakuum u školi

FIZIKA 7. RAZREDTema: 14. Tlak

11. Izborni sadržaji: • atmosferski tlak

13. Odgojni i socijalizirajući ciljevi i sadržaji:• ekološka svijest – povezanost žive i nežive prirode – atmosferski tlak i čovjek• odgovorno ponašanje prema sebi i drugima: ″dižeš mi tlak″

Visok i nizak tlak !

Živimo na dnu plinskog oceana – atmosfere!


Vakuum u školiFIZIKA 7. RAZREDIZBORNA TEMA: Hidrostatički i hidraulički tlak

Zašto ne Izborna tema: vakuum?! – niski tlak

5. Primjeri suodnosa s drugim predmetima:• primjeri iz života (hidrauličke kočnice, hidrauličke

dizalice, hidraulički tijesak, ronjenje i drugo)


Vakuum u školiFIZIKA 8. RAZREDTema: 2. Električni vodiči i izolatori

4. Dodatna ilustracija: • žarulja

Za funkcioniranje žarulje ključan je vakuum!FIZIKA 8. RAZREDTema: 16. Promjena brzine i akceleracija

11. Izborni sadržaji: • pokus s Newtonovom cijevi

FIZIKA 8. RAZREDTema: 17. Jednoliko ubrzano gibanje

3. Prijedlozi za metodičku obradbu: Pokusi:• gibanje kuglice niz kosinu• padanje lista papira i knjige jednake veličine te listapapira postavljenoga ispod knjige ili na knjigu (ili isto s novčićem i papirićem jednake veličine)• padanje u zrakopraznom prostoru


Srednja škola• 1. razred

Dinamika (sila teža i slobodni pad)

Mehanika fluida (hidrostatika, tlak, atmosferski tlak, uzgon)

• 2. razredPlinski zakoni (promjena volumena)

Elektromagnetizam (katodna cijev)

• 3. razredValovi (zvuk)

• 4. razredPoluvodiči (vakuumska dioda)


Standardni pokusi

Slobodni pad – Newtonova cijev – slobodni pad bez trenja (otpora) zraka

Širenje zvuka – Stakleno zvono – zvuk se ne širi kroz vakuum, svjetlost prolazi

Ponašanje vode u vakuumu

Vakuum pogoduje nastanku izboja - plazme

Još mnogi drugi!


Što razlikuje fiziku od drugihdisciplina?

Izolirati “problem” pa onda kontrolirano dodavati interakcije

Ključan korak je postizanje vakuuma!


TRENUTNO NAJVAŽNIJI EKSPERIMENTI RADE SE U ULTRAVISOKOM VAKUUMU!

• POTRAGA ZA HIGGSOVOM ČESTICOM• POTRAGA ZA GRAVITACIJSKIM VALOVIMA• ODREĐIVANJE SVOJSTAVA NEUTRINA• MJERENJE VREMENA ŽIVOTA PROTONA• ŠTO JE PRIRODA TAMNE TVARI?

ASPERA PROJEKT - http://www.aspera-eu.org/


Vakuum u budućnosti

ELI projekt – razbijanje vakuuma pomoću jakih laserskih polja

ELI - THE EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE

200 PW 10²³ W/cm²

Najveća vakuumska komora pri NASA-i


Literatura

Hvala kolegi Hrvoju MesićuVakuum i nula


Literatura

FRANK CLOSE

OXFORD UNIVERSTY PRESS, 2007.Hvala kolegi Ivici Avijaniju


Literatura

Everything and nothing (1) (2)

Morate pogledati!


Zaključci

• Vakuum je jedan od ključnih koncepata u fizici

• Vakuumske tehnologije su duboko ukorijenjene u svakodnevnom životu

• Sve visoke tehnologije se temelje na vakuumskim tehnologijama


HVALA NA PAŽNJI!

Hvala kolegicama i kolegama na pomoći u pripremi radionice, posudbi brojnih vakuumskih sisaljki,

Domaćinima, agenciji, IF-u, IRB-u, PMF-u

Molim vas, odazovite se ANKETI Hrvatskog vakuumskog društva!


H. Mesić

Program

Documents

Transcript of Program