Ứng dụng môi trường chân không trong đời sống

Trong môi trường chân không, áp suất khí xung quanh rất thấp hoặc không tồn tại. Điều này tạo ra một không gian trống rỗng, loại bỏ tác động của khí và hạt nhỏ. Tạo điều kiện cho các thí nghiệm và quá trình kỹ thuật đặc biệt. Chân không thường được tạo ra thông qua quá trình bơm hút hoặc tiếp xúc với chất hấp thụ khí.

Ứng dụng của môi trường chân không rất đa dạng. Trong ngành công nghiệp, nó được sử dụng trong quá trình sản xuất và gia công các sản phẩm như:  thiết bị điện tử, bao bì, chế tạo công nghiệp, và nhiều lĩnh vực khác. Trong nghiên cứu khoa học, môi trường này cho phép điều tra các hiện tượng vật lý và hóa học ở các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt. Hoặc khó có thể xảy ra trong môi trường khí thông thường.

Để có thể hiểu rõ hơn về môi trường này, bạn cùng vanphukien đi tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!

Môi trường chân không là gì?

Môi trường chân không là trạng thái không chứa vật chất bên trong nó. Tuy nhiên, trong thực tế, không có môi trường chân không hoàn hảo mà không chứa bất kỳ vật chất nào. Quy ước thế giới chấp nhận trạng thái là môi trường nếu áp suất của nó đo được nhỏ hơn áp suất khí quyển khoảng 1.01325 bar.

Hay ta có thể hiểu đơn giản hơn: Môi trường chân không là trạng thái không có khí hoặc áp suất khí rất thấp trong một không gian cụ thể. Trạng thái chân không hoàn toàn không chứa khí. Nhưng áp suất khí trong đó rất thấp, gần như không thể đo được. Trong môi trường này, không có sự va chạm giữa các phân tử khí. Hoặc không có áp lực khí tác động lên các vật thể.

Đặc điểm của môi trường chân không

• Môi trường chân không tuyệt đối là một môi trường có thể tích lớn hơn 0 và khối lượng bằng không. Tức là không có vật chất tồn tại trong đó. Trạng thái này yêu cầu không có bất kỳ vật chất nào tồn tại trong không gian đó.
• Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta sử dụng môi trường này để phục vụ trong quá trình sản xuất và bảo quản hàng hóa. Các thiết bị và máy móc phục vụ để tạo môi trường chân không được sử dụng rộng rãi.
•  Ứng dụng phổ biến của môi trường chân không là:  bảo quản thực phẩm, hút chân không gối bông và đồ dùng;  bảo quản hàng hóa tươi hoặc chế biến và nhiều ứng dụng khác. Giúp nâng cao hiệu quả và thời gian bảo quản của các sản phẩm và hàng hóa.
• Để tạo ra môi trường chân không, người ta sử dụng các hệ thống hút khí. Hoặc các thiết bị hấp thụ khí để loại bỏ phân tử khí khỏi thời gian nghiên cứu, ứng dụng. Quá trình tạo ra môi trường chân không thể thực hiện được trong các thiết bị đặc biệt như: máy bơm chân không và thiết bị bịt kín.

Ví dụ điển hình cho môi trường chân không

• Hút không khí trong không gian kín: Khi hút toàn bộ không khí trong một chai, lọ hoặc túi nilon…. bạn tạo ra một môi trường chân không bên trong không gian đó. Ví dụ đơn giản là túi thực phẩm hút chân không trong siêu thị. Nó giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn và ngăn chặn sự oxy hóa.
• Sử dụng chân không trong nghiên cứu: Trong các hoạt động nghiên cứu, chân không được sử dụng để tạo ra môi trường chân không. Ví dụ, trong phòng thí nghiệm, các thiết bị hút chân không được sử dụng để loại bỏ không khí và chất khác trong không gian. Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình nghiên cứu và thí nghiệm chính xác.
• Sản xuất bún và tinh bột: Trong quá trình sản xuất bún và tinh bột, chân không được sử dụng để loại bỏ khí trong nguyên liệu. Điều này giúp tạo ra một môi trường chân không để hỗ trợ quá trình làm khô bột và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Áp suất chân không là gì?

Áp suất là một đại lượng vật lý đo lường lực tác động theo chiều vuông góc lên một đơn vị diện tích của vật thể. Trong hệ SI – hệ đo lường quốc tế, đơn vị áp suất được tính bằng Newton trên mét vuông và được gọi là Pascal (Pa). Đơn vị Pascal được đặt theo tên của nhà toán học và nhà vật lý người Pháp Blaise Pascal trong thế kỷ 17.

Trong trường hợp áp suất chân không, nó thể hiện giá trị đạt được khi số lượng vật chất trong một không gian nhất định là rất ít. Giá trị áp suất chân không có mối liên hệ nghịch đảo với lượng và phân bố vật chất trong môi trường đó. Nghĩa là khi áp suất chân không tăng lên, lượng vật chất tồn tại trong môi trường đó sẽ giảm đi. Và ngược lại, khi áp suất chân không giảm xuống, lượng vật chất trong môi trường đó sẽ tăng lên.

>>> Mời bạn tham khảo thêm bài viết: Cảm biến quang là gì? 

Chân không có nguồn gốc như thế nào?

Chân không (vacuum) là thuật ngữ tiếng Anh, có gốc từ “vacuus” – Đây là một từ Latin có nghĩa là “khoảng trống”. Vậy từ khi nào con người bắt đầu khám phá và hiểu về khái niệm môi trường chân không?

Trong thế kỷ XV, nhà tư tưởng nguyên tử học Democritus định nghĩa chân không là không gian hoàn toàn trống rỗng;  không chứa bất cứ vật chất nào. Đây là định nghĩa về môi trường chân không tuyệt đối và không thực tế theo quan niệm hiện đại. Tuy nhiên, trong thời gian đó, nhà khoa học Aristoteles phủ nhận sự tồn tại của chân không. Và cho rằng thiên nhiên hiện hữu ở khắp mọi nơi, là tinh chất bao trùm vũ trụ.

Đến thế kỷ XVII, các nhà khoa học Pascal, Galileo và Torricelli đã thực hiện các thí nghiệm khoa học về chân không và tạo ra các tiền đề quan trọng. Nhờ vào những nghiên cứu đó, từ năm 1654, chúng ta bắt đầu có hiểu biết chính xác hơn và ứng dụng chân không trong sản xuất. Điển hình thể nghiệm Quả cầu Magdeburg do nhà khoa học Otto von Guericke thực hiện.

Môi trường chân không có bao nhiêu loại?

Hiện nay, môi trường chân không được phân chia thành 6 loại dựa trên mức áp suất như sau:

Áp suất không khí (Atmospheric Pressure)

Đây là áp suất tiêu chuẩn đầu tiên để định nghĩa môi trường chân không và có giá trị là 760 torr (tương đương 1.01325 bar). Một môi trường có áp suất nhỏ hơn giá trị này được coi là chân không.

Chân không thấp (Low Vacuum)

Chân không thấp có mức áp suất trong khoảng 100 Pa < p. Loại chân không này thường xuất hiện trong các thiết bị cơ bản như cột áp kế lỏng, máy hút bụi,…

Chân không trung bình (Medium Vacuum)

Chân không trung bình có mức áp suất nằm trong khoảng 0.1 Pa < p < 100 Pa. Nó có thể được tạo ra bằng các thiết bị hút chân không thông thường. Áp suất trong khoảng này có thể đo bằng máy đo điện dung, đo nhiệt hoặc thước McLeod. Nhưng không thích hợp để đo bằng áp kế khí. Chân không trung bình thường được sử dụng trong việc bảo quản thực phẩm và các thiết bị.

Chân không cao (High Vacuum)

Chân không cao đòi hỏi nhiều giai đoạn bơm và đo lường ion để đạt mức áp suất trong khoảng 10-5 Pa < p < 0.1 Pa.

Chân không siêu cao (Ultra High Vacuum)

Áp suất chân không siêu cao được quy định là dưới 10-6 Pa ở Anh và Đức. Để đạt được mức áp suất chân không này, cần sử dụng các hệ thống bơm và quy trình khác biệt. Mới có thể loại bỏ dấu vết của các nguyên tử khó.

Chân không lý tưởng (Perfect Vacuum)

Đây là trạng thái chân không tuyệt đối với mức áp suất đạt 0 Torr/Kpa. Trong trạng thái này, không có vật chất tồn tại gần như trong thí nghiệm và cả trong vũ trụ. Mặc dù hạt vật chất đã được loại bỏ, vẫn còn tồn tại các yếu tố như:  graviton, photon, năng lượng tối, hạt ảo,…

>>> Xem thêm bài viết: Cảm biến nhiệt độ

Ứng dụng môi trường chân không trong đời sống

Ứng dụng của môi trường chân không rất đa dạng. Và mang lại nhiều giá trị thiết thực trong các lĩnh vực khác nhau. Khi sử dụng môi trường nó sẽ giảm thiểu vật chất tồn tại trong không gian. Cho phép chúng ta tránh quá trình oxy hóa và các phản ứng hóa học tác động giữa các vật thể. Dưới đây là một số ứng dụng của môi trường chân không trong khoa học, công nghiệp và y tế.

Ứng dụng trong khoa học

Chân không đã có những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực khoa học. Ban đầu, một trong những ứng dụng khoa học đầu tiên của chân không là bảo vệ dây tóc bóng đèn sợi đốt khỏi các phản ứng không mong muốn. Chân không có khả năng ngăn chặn sự tác động của các nguyên tố hóa học. Giúp duy trì tính chất không phản ứng của các vật liệu.

Trong lĩnh vực khoa học và công nghệ cao, chân không được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nhiệt chân không; chế tạo bản mạch;  sản xuất các thành phần bán dẫn và máy có buồng chân không. Môi trường này sẽ tạo ra điều kiện lý tưởng để sản xuất vật liệu bán dẫn, sản xuất màng siêu dẫn; vi mạch điện tử và các thiết bị điện tử kích thước nano.

Máy bơm chân không áp suất cao cũng được sử dụng trong quá trình làm sạch và bảo quản bề mặt nguyên tử trong thời gian dài. Tính chất này được ứng dụng trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và chế tạo năng lượng nguyên tử. Nơi các bề mặt quan trọng phải được giữ sạch và không có tác nhân gây ô nhiễm. Nó sẽ đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị.

Ứng dụng trong công nghiệp

Trong lĩnh vực công nghiệp, chân không đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất xi mạ chân không (xi mạ PVD). Phương pháp này tạo ra lớp mạ không chứa tạp chất. Nó đồng nhất màu sắc và có độ bám dính cao. 

Máy bơm hút chân không được sử dụng để loại bỏ khí và tạp chất từ các bộ phận hợp kim. Giúp duy trì cấu trúc nguyên vẹn và không có khoảng trống.

Ngoài ra, máy bơm chân không còn được sử dụng để làm sạch và loại bỏ hơi nước; khí oxy và các hỗn hợp khí từ đường ống freon trong hệ thống điều hòa không khí. Quá trình sấy khô này cũng được áp dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm; giày da; dệt may và nhiều lĩnh vực khác.

Bạn có thể dễ dàng nhìn thấy ứng dụng của chân không trong việc hút chân không các sản phẩm như:  tôm, cá, thịt; rau củ, hạt, trà và gối bông tại các siêu thị. Chân không loại bỏ oxy để ngăn chặn quá trình oxy hóa và phát triển nấm men gây hư hại cho thực phẩm. Đồng thời, tiết kiệm không gian và trọng lượng lưu trữ.

Hơn nữa, môi trường chân không còn được ứng dụng trong ngành sản xuất giấy và in ấn. Chân không loại bỏ bọt khí trong bột giấy. Tạo ra sản phẩm giấy chất lượng cao, mịn, đồng đều mà không có hiện tượng rỗ khí.

Ứng dụng trong y tế

Ngoài lĩnh vực khoa học và công nghiệp, môi trường chân không cũng có những ứng dụng tích cực đáng kể trong lĩnh vực y tế. Hệ thống máy bơm hút chân không hiện đang được sử dụng tại hơn 3000 bệnh viện trên toàn cầu. Nhằm hỗ trợ trong quá trình thăm khám, chẩn đoán và điều trị. Đem lại sự chính xác và tiện lợi.

Một trong những ứng dụng cụ thể của chân không trong y tế là trong xử lý chất thải y tế. Chân không được sử dụng để tạo ra không gian vô trùng cho phòng mổ; vệ sinh, bảo quản dụng cụ y tế và nghiên cứu. Cũng như trong quá trình bào chế các loại dược phẩm.

Hơn nữa, môi trường chân không còn được áp dụng trong nhiều lĩnh vực y tế khác. Ví dụ, chân không có thể tạo ra áp suất âm trong các thiết bị hút dịch. Hoặc hút máu để loại bỏ chất lỏng và chất thải từ cơ thể. Ngoài ra, môi trường chân không cũng được sử dụng trong quá trình lưu trữ mẫu bệnh phẩm và chất biến tính. Nhờ khả năng giảm áp suất và tạo môi trường không có vi khuẩn.

Con người và động vật không thể tồn tại trong môi trường chân không

Khi tiếp xúc với chân không, người và động vật sẽ mất ý thức sau vài giây và chết do thiếu oxy sau vài phút. Tuy nhiên, các triệu chứng không giống như những gì thường được miêu tả trong phương tiện truyền thông và văn hóa thông thường.

Hiệu ứng bí khí có thể làm phồng một số cơ quan bên trong cơ thể lên gấp đôi kích thước bình thường. Điều này làm chậm quá trình trao đổi chất.

Để đánh giá tác động của chân không lên động vật, đã có các thí nghiệm thực hiện trên động vật sống trong môi trường chân không. Những thí nghiệm này đã cho thấy phục hồi nhanh chóng là điều bình thường nếu thời gian tiếp xúc với môi trường chân không không quá 90 giây. Tuy nhiên, nếu tiếp xúc kéo dài với toàn bộ cơ thể trong thời gian lâu hơn. Nó sẽ gây tử vong và không có cách nào để hồi phục.

Hiện tại, chúng ta có rất ít dữ liệu từ các tai nạn liên quan đến con người. Nếu ta tiếp xúc với chân không thông qua tay và chân mà hơi thở không bị ảnh hưởng. Thời gian có thể kéo dài hơn. Vào năm 1660, Robert Boyle đã thực hiện thí nghiệm đầu tiên về chân không gây tử vong trên động vật nhỏ.

Trên đây là khái niệm về môi trường chân không, hiểu rõ về môi trường này và những thông tin liên quan. Hy vọng bài viết đã mang lại cho bạn những thông tin và kiến thức hữu ích. Cảm ơn bạn đã đọc bài viết!

>>> Tham khảo thêm bài viết: Hiện tượng búa nước