Descubre Todo lo que no Sabes aquí Sobre El Vacío

Cuando se habla de El Vacío se trata de la carencia que hay de la materia  que se encuentra en un determinado sitio o espacio, también se puede decir que consiste en la falta de algún contenido que se encuentre en el interior de un recipiente. En el siguiente artículo conoceremos sobre el Vacío en todos sus aspectos.

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El Vacío

El vacío consiste en la ausencia total del material que se encuentra en los elementos es decir carece de la materia en un cierto espacio o lugar, o también la falta del contenido ubicado en el centro de cualquier tipo de recipiente. Por extensión, se tiende a denominar también como vacío a la condición de 1 región en donde la llamada densidad de las partículas tiende a ser muy baja, como por ejemplo en el espacio interestelar; o también en la de una cierta cavidad que se encuentre cerrada donde la presión del aire y los otros gases suelen ser menor que la atmosférica.

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Puede llegar a existir de forma o también puede llegar a ser provocado en una manera que se puede denominar como artificial, esto puede llegar a ser para los usos tecnológicos o para los usos científicos, o también se puede decir para la vida diaria. Se puede aprovechar en las diferentes industrias, como por ejemplo la:

  • Alimentaria
  • Automovilística
  • Farmacéutica

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Terminología del Vacío

De acuerdo con la llamada definición de la Sociedad Estadounidense del Vacío o que es conocida por sus siglas que son AVS desde el año 1958, el término se llega a referir a un determinado espacio que se encuentra lleno con los gases a 1 presión total que es menor que la misma presión atmosférica, por lo que el tipo de grado del vacío se tiende a incrementar en cuanto a la relación de forma directa con la disminución de los gases residuales.

Esto tiene como significado que cuanto tiende a ser mayor la disminución de la presión, más grande será el vacío en cuanto a la correspondencia con los intervalos de las presiones que tienden a ser cada vez menores. Cada intervalo posee unas características propias y únicas. (ver artículo: Evolución del Universo).

Medición del Vacío

La presión atmosférica es la que se tiende a ejercer en la atmósfera o en el aire sobre la Tierra. A una temperatura ambiente y también a la presión atmosférica normal, 1 m3 (metro cúbico) de aire suele contener aproximadamente unas 2 × 1.025 moléculas que se encuentran en movimiento a 1 clase de velocidad promedio de unos 1.600 km / h.

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Una manera de poder llegar a medir la presión atmosférica es con un instrumento denominado barómetro de mercurio; su valor se tiende a expresar en cuanto a términos de la altura de la columna del mercurio de la sección transversal que es unitaria y a unos 760 mm de alto. Con la base en esto, se puede decir que una atmósfera estándar tiende a ser igual a los 760 mmHg. Se llegará a utilizar por conveniencia la denominada unidad torricelli con el símbolo, “Torr” como una especie de medida de presión; por ejemplo:

1 Torr = 1 mmHg, por lo que 1 atm = 760 Torr; es decir que por lo tanto 1 Torr = 1 / 760 de 1 atmósfera estándar, o sea que 1 Torr = 1,316 × 10 – 3 atm.

Medidas de la Ionización

Estas poseen el mismo fundamento que las llamadas bombas de ionización, hasta llegar al punto en que estas mismas pueden llegar a considerarse como una consecuencia de todas aquellas. Cuando se trata de poder medir las presiones del vacío que sean muy bajas, se tienden a utilizar las variantes que son propuestas por unas personas llamadas Bayard – Alpert de dichos aparatos que son capaces de llegar a suministrar con una cierta y determinada exactitud las presiones de hasta unos 10 a 12 Torr.

El aire se encuentra compuesto por diversos gases; los que son más importantes son el llamado nitrógeno y también el oxígeno, sin embargo, también suelen contener en las menores concentraciones ciertos gases tales como por ejemplo el:

  • Dióxido de Carbono
  • Argón
  • Neón
  • Helio
  • Criptón
  • Xenón
  • Hidrógeno
  • Metano
  • Óxido Nitroso
  • Vapor de Agua

Las Aplicaciones de las Técnicas del Vacío

Aplicaciones técnicas del vacío

Situación física Objetivo

Aplicaciones

Baja presión

Se obtiene una diferencia de presión Sostenimiento, elevación, transporte (neumático, aspiradores, filtrado), moldeado

Baja densidad molecular

Eliminar los componentes activos de la atmósfera

Lámparas (incandescentes, fluorescentes, tubos eléctricos), fusión, sinterización, empaquetado, encapsulado, detección de fugas

Extracción del gas ocluido o disuelto

Desecación, deshidratación, concentración, liofilización, desgasificación, impregnación

Disminución de la transferencia de energía

Aislamiento térmico, aislamiento eléctrico, microbalanza de vacío, simulación espacial

Gran recorrido libre medio

Evitar colisiones

Tubos electrónicos, rayos catódicos, TV, fotocélulas, fotomultiplicadores, tubos de rayos X, aceleradores de partículas, espectrómetros de masas, separadores de isótopos, microscopios electrónicos, soldadura por haz de electrones, metalización (evaporación, pulverización catódica), destilación molecular

Tiempo largo de formación de una monocapa Superficies limpias

Estudio de la fricción, adhesión, corrosión de superficies. Prueba de materiales para experiencias espaciales.

Técnicas del Vacío en la Historia

En el transcurso de todas las épocas de la Antigüedad y aún hasta el Renacimiento se llegaba a desconocer la verdadera existencia de la llamada presión atmosférica. Durante esos periodos no podían llegar a una muy concreta explicación referente a los fenómenos que eran debidos al vacío. En las regiones de Grecia se llegaron a enfrentar por ellos 2 teorías.

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La 1ra para Epicuro y también sobre todo para Demócrito en los años 420 a. C. y la escuela, la materia no era del todo continuo, sino que se encontraba compuesta por las pequeñas partículas denominadas indivisibles es decir se estaban refiriendo a los átomos que se llegaban a mover en un tipo de espacio vacío y que con su diferente ordenamiento solían dar a lugar a los diversos estados físicos.

El 2do Aristóteles en su conocimiento e investigaciones excluía la noción del llamado vacío y para poder justificar los fenómenos mencionados anteriormente y que ni siquiera su propia Física lo podía llegar a explicar este recurrió al célebre aforismo que a según el cual se dice que “la Naturaleza siente un llamado horror al vacío” dicha teoría que resultó como dominante durante el periodo de la Edad Media y hasta que hubo el descubrimiento de la presión.

El Barómetro

En el año 1630 un hombre llamado Giovanni Battista Baliani le llegó a enviar una carta a Galileo Galilei en donde le participaba que no llegaba a lograr que el agua en los sifones pudiera subir más allá de los 10 m. Galileo le llegó a proponer que la explicación para este suceso era que el vacío no poseía la fuerza suficiente sino nada más que para poder levantar dicha cantidad de agua.

En el año 1640 el famoso italiano llamado Gasparo Berti llegando a tratar de poder explicar lo que ocurría con los sifones fue y realizó el 1er experimento con el vacío. Llegó a crear lo que tiende a constituir, primordialmente, un barómetro de agua, el cual llegó a resultar capaz de poder producir el vacío.

Al llegar a analizar el informe experimental de este hombre Berti, el famoso conocido Evangelista Torricelli captó con mucha claridad el concepto de la presión de aire, por lo que este llegó a diseñar, en el año 1644, un dispositivo que podía llegar a demostrar los cambios de la presión que se encontraba en el aire. Procedió con la construcción de un barómetro que en lugar de utilizar agua este manejaba el mercurio, y de esta misma manera, sin llegar a proponérselo, logró comprobar la existencia del vacío.

El Barómetro de Torricelli

Este consistía de un recipiente y de un tubo que se encuentra lleno de mercurio “Hg” que se encuentra cerrado en 1 de sus extremos. Al llegar a invertir el tubo en el interior del recipiente se llegaba a formar el vacío en la parte de arriba del tubo. (ver artículo: Estructura del Universo).

Esto se trataba de algo muy difícil de poder entender en aquella época, por lo que se llegó a intentar explicarlo llegando a decir que dicha región del tubo llegaba a contener el vapor del mercurio, después argumento algo poco aceptable ya que el nivel del mercurio que se encontraba en el tubo era independiente del propio volumen del mismo que era usado en el experimento.

La aceptación del término del vacío se llegó a dar cuando en el año 1648, un hombre llamado Blaise Pascal llegó a subir un barómetro con más o menos unos 4 kg de mercurio a una montaña a aproximadamente unos 1.000 m sobre el nivel del mar. De manera sorprendente, cuando dicho barómetro se encontraba en la cima, el nivel de la columna de mercurio “Hg” que se encontraba en el tubo tendió a ser mucho menor que al pie de la misma montaña.

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Torricelli siempre aseguraba sobre la existencia de la presión en el aire y llegaba a decir que por causa de ella el nivel del mercurio encontrado en el recipiente no llegaba a descender, por lo cual hacía que dicho tamaño de la columna de mercurio llegara a permanecer de manera constante dentro del mismo tubo.

De esa manera pues, al llegar a disminuir la presión del aire en la cumbre de la montaña, el nivel de “Hg” ubicado dentro del recipiente subió y en la columna en el interior del tubo bajó de una manera inmediata más o menos se podría decir que se vació de manera parcial.

El último paso que llegó a dar Torricelli fue el de la construcción de 1 barómetro de mercurio que llegara a contener en la parte vacía del tubo otro tipo de barómetro para poder llegar a medir la presión de aire en la misma región. Se llegaron a hacer diversas mediciones y los resultados que fueron arrojados determinaban que no existía una columna de mercurio que se encontrara en el tubo del barómetro pequeño debido a que no se poseía presión de aire.

Esto fue lo que llegó a aclarar que no había vapor de mercurio en la parte que se encontraba vacía del tubo. Así, se llegó a poner en evidencia la presión del aire y, lo más importante de todo esto, la producción y la verdadera existencia del vacío.

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En aquel momento, después de diversos experimentos se puede llegar a explicar bien el verdadero funcionamiento de llamado barómetro de Torricelli que consiste de la siguiente manera:

La atmósfera tiende a ejercer 1 presión, por lo cual es lo que impide que el mercurio se salga del tubo y también del recipiente; es decir, que cuando la presión atmosférica se llegue a igualar a la presión que tiende a ser ejercida por la columna de mercurio, el mercurio no podrá llegar a salir del tubo.

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Cuando el aire suele pesar más, soporta 1 columna mayor de mercurio; y cuando el mismo tiende a pesar menos, no suele ser capaz de poder resistir la misma columna de mercurio, así que por la misma razón se escapa un poco de mercurio del interior del tubo.

Aplicaciones del Vacío

Son las muchas ocasiones, en que, en los laboratorios muy modernos, tienden a ocurrir las situaciones en donde un contenedor que se encuentra lleno de un gas debe de ser vaciado. La evacuación siempre debe de ser el 1er paso para llegar a crear un nuevo ambiente que sea gaseoso. Durante el proceso de la nominada destilación, se tiene que remover de una forma continua dicho gas a medida que se va desarrollando el proceso.

En algunas ocasiones es muy necesario el tener que llegar a evacuar el contenedor para poder de esa manera prevenir que el aire tienda a contaminar alguna clase de superficie que se encuentre limpia o que tienda a interferir con alguna clase de reacción química. Las llamadas haces de partículas atómicas siempre deben de ser tratadas al vacío para de esa manera llegar a prevenir la pérdida del momento por medio de las denominadas colisiones con las moléculas ubicada en el aire.

Muchas de las formas de la radiación tienden a ser absorbidas por el propio aire y por lo tanto solamente pueden llegar a ser propagadas sobre las largas distancias en el propio vacío. Un tipo de sistema de vacío es una parte muy esencial para los mismos instrumentos de los laboratorios, tales como, por ejemplo:

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  • El Espectómetro de Masa
  • Los Microscopios Electrónicos

Los sistemas de vacío que son simples tienden a ser utilizados para la llamada deshidratación al propio vacío y también a la congelación al vacío. Los Aceleradores de las partículas nucleares y de la misma manera todos los dispositivos termonucleares son los que requieren de los sistemas del vacío suelen ser muy sofisticados y de grandes proporciones.

En los denominados procesos industriales que son modernos, dentro de los más considerables la fabricación de los semiconductores, son los que requieren de los ambientes que tienden a ser cuidadosamente controlados al vacío.

Sistemas de Vacío

Tanto como la presión y la composición de los gases residuales en un tipo de sistema de vacío tiende a variar de una forma muy considerable con su diseño y también su historia. Para algunas de las aplicaciones 1 densidad de gas que sea residual de unas decenas de miles de millones de moléculas por cm3 (centímetro cúbico) es totalmente tolerable. En algunos casos, no más tienden a ser de unos cientos de miles de moléculas por cm3 (centímetro cúbico) los cuales constituyen un vacío que es aceptable.

Para las presiones que están por debajo de la atmósfera se tienden a categorizar el vacío de la siguiente manera:

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Rango de Vacío

Presión en hPa(mbar) Presión en mmHg (Torr) Moléculas / cm3 Moléculas / m3 Camino libre medio

Presión ambiental

1013 759.8 2.7 × 1019 2.7 × 1025 68 nm1

Bajo Vacío

300 – 1 225 – 7.501×10−1 1019 – 1016 1025 – 1022 0.1 – 100 μm

Medio Vacío

1 – 10−3 7.501×10−1 – 7.501×10−4 1016 – 1013 1022 – 1019 0.1 – 100 mm

Alto Vacío

10−3 – 10−7 7.501×10−4 – 7.501×10−8 1013 – 109 1019 – 1015 10 cm – 1 km

Ultra Alto Vacío

10−7 – 10−12 7.501×10−8 – 7.501×10−13 109 – 104 1015 – 1010 1 km – 105 km

Vacío Extremadamente Alto

<10−12 <7.501×10−13 <104 <1010 >105 km

La denominada composición del gas en un tipo de sistema de vacío se tiende a modificar a la misma vez que el propio sistema tiende a evacuar debido a que la eficacia de las bombas de vacío tienden a ser diferentes para los diversos tipos de gases que existen. A las bajas presiones las moléculas que se encuentran en las paredes del contenedor empiezan a ser des absorbidas y es cuando se conforma el llamado gas residual.

Primariamente, el grosor del gas que se tiende a dejar en las paredes es el mismo vapor del agua y del dióxido de carbono; a las muy bajas presiones, en los contenedores que han llegado a ser horneados, se tiene el llamado hidrógeno.

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Aplicaciones de la Técnica del Vacío

  • Se aplica en el sostenimiento, la elevación, el transporte es decir en los neumáticos, los aspiradores, el filtrado y también en el moldeado.
  • Se utiliza en las lámparas tales como por ejemplo las incandescentes, las fluorescentes y los tubos eléctricos, también en la fusión, la sinterización, en el empaquetado, en los encapsulados, y podemos mencionar en la detección de fugas.
  • También es aplicado en la desecación, la deshidratación, en la concentración, la Liofiliación, en la llamada desgasificación y la Impregnación.
  • Se utiliza en la aplicación del aislamiento térmico, del aislamiento eléctrico, en la microbalanza de vacío y en la simulación espacial.

En los Tubos electrónicos, en los rayos catódicos, también en las TV, las fotocélulas, en los fotomultiplicadores, como también en los tubos de rayos X, los aceleradores de partículas se puede decir que en los:

  • Espectrómetros de masas
  • Separadores de isótopos
  • Microscopios electrónicos

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  • Soldadura por haz de electrones
  • Metalización que consiste en la evaporación, pulverización catódica
  • Destilación molecular.

En el estudio de la fricción, de la adhesión, de la corrosión de las superficies y por último en las Pruebas de los materiales para las experiencias espaciales.

Otros Usos del Vacío

  • En el uso doméstico.
  • En las escuelas, los hospitales, en las residencias estudiantiles.
  • Las Piscinas y también en los centros deportivos.
  • Hoteles.

Medición de las Bajas Presiones

Uno de los métodos que suele ser más conocidos para poder llegar a medir las bajas presiones es el método que fue desarrollado por Pirani. El cual consiste en un puente de Wheatstone en donde 1 resistencia del puente se encuentra expuesta al vacío que va a medir. Dicho aumento de temperatura es lo que producirá un aumento de su valor resistivo llegando a generar un desequilibrio en el puente de Wheatstone.

Este desequilibrio se mide con un instrumento llamado microamperimetro. Posteriormente solo queda llegar a interpolar los microamperes que son generados por el puente de Wheatstone con los valores del vacío. Dichos valores se tienden a volcar en 1 tabla con la que se llega a dibujar una escala, en donde por ejemplo en los vacuómetros llamado CINDELVAC, se tendrá 0 microamperios cuando el sensor se encuentre en alto vacío y a los 50 microamperios cuando se encuentre a una presión atmosférica. La tabla de la respuesta del puente de Wheatstone denominado CINDELVAC es la siguiente:

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0 mV

2 mV 11 mV 36 mV 45 mV
0,001 mbar 0,010 mbar 0,100 mbar 1 mbar

9 mbar

El Vacío Según Einstein

A principios del pasado siglo, el famoso Einstein llegaba a creer que el Universo era estático. Este preocupado por el hecho de que llegaría a tener que colapsarse por causa de la atracción gravitatoria de cada una de las galaxias sobre las demás se le llegó a ocurrir una idea peregrina la cual consistía en añadir a sus ecuaciones la llamada Constante Cosmólogica.

La interpretación de una manera moderna de esta rara intrusa es que se llegaba a tratar de la densidad de la energía del vacío, que de la misma manera es denominada como la energía oscura, posiblemente para poder llegar a acercar a la ciencia y ficción, o a la quintaesencia, para darle un cierto toque de la alquimia a la situación.

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El Vacío Según la Física de Aristóteles

El famoso filósofo llamado Aristóteles llegó a plantear su concepción de 1 universo que es completamente pleno de los cuerpos, por lo que se ve en la obligación de refutar las ideas de los diversos filósofos que tienden a considerar que el vacío es una especie de realidad física. Su principal objetivo era el llegar a demostrar que el hecho empírico del llamado movimiento de los cuerpos y del mismo universo no llegaba a necesitar tener que postular la existencia de un tipo de espacio vacío.

El Movimiento sin Vacío

El famoso Aristóteles llegaba a pensar que el universo era un Todo pleno y que posteriormente iría refutando las diversas ideas sobre el vacío que eran:

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  • Que este es el espacio que tiende a separar a los cuerpos
  • Que consiste en el lugar ocupado por los cuerpos
  • Este es el interior a los cuerpos

Quienes tienden a sostener la 1ra idea son los que creen que dicho vacío es la causa del desplazamiento. Contra ellos se aduce su teoría de los llamado lugares naturales de los 4 elementos como por ejemplo la explicación alternativa del movimiento.

Aristóteles también distingue entre el movimiento natural y el movimiento violento de un tipo de cuerpo, según este sea conforme o lo contrario a su misma naturaleza. Esto es lo que equivaldría a decir que el mencionado movimiento natural de 1 cosa es todo aquel que por medio del que se desplaza en dirección o en su lugar natural y es de ese mismo lugar de donde sale una pregunta que es:

¿Qué tipo de movimiento natural es el que podría existir en el vacío ilimitado?

La respuesta sería ninguno, y es lo que responde el filósofo, debido a que ahí no habría un arriba, ni tampoco un abajo, como ni siquiera un centro, sino que sería un espacio indiferenciado en el que nada se legue a:

  • Atraer
  • Repeler
  • Impulsar
  • Detener

Por tanto, puesto que llegamos a observar de una manera empírica que existen movimientos naturales y la conclusión es que el vacío verdaderamente no existe.

Contradicción de la Existencia del Vacío

Las velocidades de los cuerpos suelen depender de la densidad del medio que los traspasan y de su misma naturaleza que es pesada o ligera. A una igualdad de peso, que es lo que expone Aristóteles, la velocidad tiende a ser inversamente de manera proporcional a la densidad del medio que los traspasa.

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Sin embargo, no existe ninguna proporción entre la velocidad de 1 cuerpo en un medio cualquiera y también en el vacío, puesto que no existen tales proporciones que tiendan a ser posible entre la densidad de 1 medio y la del llamado vacío, ya que dicha última suele ser nula.

Llegar a pensar sobre la velocidad de un cuerpo que se encuentra en el vacío es lo que conduciría a las aporías, como a los razonamientos absurdos; por lo tanto, se debe de rechazar dicha hipótesis y tener que aceptar que entre cualesquiera de los 2 movimientos tiene que existir alguna clase de proporcionalidad; de donde se llegue a deducir que no puede haber ningún tipo de movimiento en el vacío, es decir que en donde exista movimiento no existe un vacío. (ver artículo: Tamaño del Universo).

La velocidad de 2 cuerpos de diferente peso en el mismo medio es diferente, por lo que debería llegar a ocurrir lo mismo en el vacío. Sin embargo, existe una pregunta que muchos se hacen y es:

¿Cuál es la causa que existe para esto llegando a ser nula la densidad del vacío?

La respuesta es ninguna, de tal modo que en el vacío todos los cuerpos se llegarían a desplazar a una misma velocidad, lo que para el famoso Aristóteles tiende a ser algo absurdo que tiende a obligar a muchos a tener que desestimar la existencia del llamado vacío.

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