Transcript VAKUUM

Program
Okvirno vrijeme
•
•
•
•
•
•
•
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
VAKUUM
Slobodan Milošević
Hrvatsko vakuumsko društvo
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Tajna plazmene kugle
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
HRVATSKO VAKUUMSKO DRUŠTVO
www.cro-vacuum.hr
KONTAKT: [email protected]
ZNANSTVENO-STRUKOVNA UDRUGA GRAĐANA KOJA OKUPLJA INŽENJERE,
ZNANSTVENIKE, …,
S CILJEM PROMOVIRANJA SVIH DJELATNOSTI VEZANIH UZ VAKUUM
član svjetske organizacije
i Hrvatskog inženjerskog saveza
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum
lat. vacua - prazan, praznina ili prazan prostor
• Void [engl.] (isprazniti, izbaciti, nepopunjen, nevažećim,
nezauzet, ništavan, poništen, poništiti, prazan, praznina, praznini,
prazno mjesto, uzaludan)
•
•
•
•
•
•
Vacuum (vakuum)
Ništa
Praznina
Zrakoprazan prostor
Međuprostor
Podtlak
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum na Googlu
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum - definicija
Pod vakuumom se razumijeva prostor
u kojem se plin ili para nalaze pod
tlakom nižim od atmosferskoga.
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Prirodni vakuum
“Outer space” –
svemirski (vanjski) prostor
je najbolja prirodna
aproksimacija vakuuma
Kármán line – tlak padne na 1 Pa na visini oko 100 km.
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Prirodni vakuum
i u međugalaktičkom prostoru ima nekoliko atoma vodika po metru kubnom !
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Atmosfera
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Felixsov skok
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Odnosi veličina
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Tablica gustoće
Univerzalna tablica gustoće
Veliki prasak
g/cm -3
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
60
Redova
Veličina !
Gustoća objekata
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Područja vakuuma
PODRUČJE
tlak
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuumske pumpe
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Mjerači vakuuma
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Kako napraviti vakuum?
Usisač za prašinu ?
Vakuumski čep za vino ?
Vakuumpak aparat ?
UOČITE RAZNE VAKUUMSKE SISALJKE U RADIONICI!
JEDNA SE JAKO RAZLIKUJE: ADSORPCIJSKA!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Povijest – put do vakuuma
Leukippos (5th century B.C.)
Demokritos (460-370 B.C.)
– atomistička teorija
– implicitni prazan prostor
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Crno razdoblje za vakuum
Aristotle (384-322 B.C.)
"horror vacui“ 350 p.k.
strah od vakuuma
Descartes (1596-1650)
– prostor mora biti ispunjen
Vakuum nije prirodan
Vakuum je beskoristan
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Sloboda za vakuum
Galileo (1564-1642) - 16 st. Galileo i Bete,
vodena sisaljka, zrak ima težinu
Torricelli (1608-1647)
– prvi stvoreni vakuum
Blaise Pascal (1623 - 1662)
– tlak zraka pada s visinom
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Prvi vakuum
Pascalov dokaz
Torrichelijev javni pokus
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuumski preporod
Otto von Göricke, (1602-1686)
Magdeburg 1654. godina
manometer (1661),
zračna pumpa (1650)
Robert Boyle (1627-1691)
p V / T = constant
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Magdeburške polukugle
Gradonačelnik Magderburga
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Razvoj vakuumske tehnologije
Pumpe 1640.
Von Goericke
Robert Boyle and Robert Hook
1660 god.
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Razvoj vakuumskih pumpi
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Prekretnica
Geisslerova pumpa sa živom
1854
Sir William Crooks
1870.
1879. Edison žarulja !
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Pumpe za industriju
Gaede , 1907.
Rotacijska uljna pumpa
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Povijest – rođenje moderne fizike
Pitanje širenja svjetlosti kroz vakuum - pitanje etera
Michelson- Morley eksperiment 1887.
Ključna otkrića omogućena razvojem vakuumske tehnologije (žarulja)
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
Einstenova specijalna teorija relativnosti, 1905 – nema etera
Heisenberg – princip neodređenosti 1927
POGLEDAJTE FILM!
Kvantna fizika
Dirac – Dirackova jednadžba, 1928.
čestice i antičestice, kvantne fluktuacije vakuuma, zero point energy , kvantni vakuum
Lamb – Lambov pomak 1947. – elektron u atomu “osjeća” kvantne fluktuacije vakuuma
NEMA APSOLUTNO PRAZNOG PROSTORA!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Teorija Velikog praska
Svemir nastao iz vakuuma
Struktura svemira vezana je uz kvantne fluktuacije vakuuma
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Gdje je sve skrivena vakuumska
tehnologija?
ŠTO KAD BI NESTALO
VAKUUMSKE TEHNOLOGIJE?
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Primjene vakuuma
Vakuumsko pakiranje
Prehrambena Industrija
Medicina
Farmacija
Kemija
Solarna tehnologija
Poluvodička industrija
Pneumatski transport
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Termo oblikovanje
Plastična industrija
Automatizacija
Pakirna industrija
Elektronička
industrija
Tiskarska industrija
Zaštita okoliša
Drvna industrija
Izvori energije
Metalna industrija
Papirna industrija
Vakuumska solarna tehnologija
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
STM i UHV
Uloga vakuuma u izvorima svjetlosti
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Ima li razloga (prostora) da se o
vakuumu
uči u OŠ i SŠ?
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u Osnovnoj školi
Kemija: 7. razred
8. Zrak i glavni sastojci zraka , poznavati osnovna fizikalna
svojstva atmosfere (tlak zraka smanjuje se s visinom, …
Fizika: 7 razred
14. Tlak
Ključni pojmovi: tlak, paskal (pascal), Pa.
Obrazovna postignuća: opisati tlak na primjerima; primijeniti znanje na
jednostavnim zadacima.
Kemija: 8. razred
7. Fosilna goriva
Ključni pojmovi: suha destilacija, frakcijska destilacija,
ugljen i nafta kao izvori organskih spojeva.steći elementarna znanja o
frakcijskoj destilaciji nafte, vakuumskoj i suhoj destilaciji;
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
8. razred
18. Jednoliko ubrzano gibanje
Ključni pojmovi: jednoliko ubrzano gibanje, slobodni pad.
Obrazovna postignuća: opisati jednoliko ubrzano
gibanje kao gibanje sa stalnom akceleracijom; objasniti slobodni pad kao primjer
jednoliko ubrzanoga gibanja; nacrtati grafički prikaz ovisnosti brzine o vremenu.
22. Zvuk
Ključni 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 svjetlosti
Ključni 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.
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
• Fizikalne pojave treba neprestano povezivati sa svakodnevicom.
FIZIKA 7. RAZRED
Tema: 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 !
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
FIZIKA 7. RAZRED
Tema: 7. Građa tvari
7. Novo stručno nazivlje:
• čestice tvari
• međuprostori
8. Podatci koje treba upamtiti: 0
9. Obrazovna postignuća:
navesti i objasniti primjere za čestičnu građu tvari
I postojanje međuprostora između čestica
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
FIZIKA 7. RAZRED
Tema: 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!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
FIZIKA 7. RAZRED
IZBORNA TEMA: Hidrostatički i hidraulički tlak
5. Primjeri suodnosa s drugim predmetima:
• primjeri iz života (hidrauličke kočnice, hidrauličke
dizalice, hidraulički tijesak, ronjenje i drugo)
Zašto ne
Izborna tema: vakuum?! – niski tlak
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u školi
FIZIKA 8. RAZRED
Tema: 2. Električni vodiči i izolatori
4. Dodatna ilustracija: • žarulja
Za funkcioniranje žarulje ključan je vakuum!
FIZIKA 8. RAZRED
Tema: 16. Promjena brzine i akceleracija
11. Izborni sadržaji: • pokus s Newtonovom cijevi
FIZIKA 8. RAZRED
Tema: 17. Jednoliko ubrzano gibanje
3. Prijedlozi za metodičku obradbu: Pokusi:
• gibanje kuglice niz kosinu
• padanje lista papira i knjige jednake veličine te lista
papira postavljenoga ispod knjige ili na knjigu (ili isto s novčićem i papirićem
jednake veličine)
• padanje u zrakopraznom prostoru
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Srednja škola
• 1. razred
Dinamika (sila teža i slobodni pad)
Mehanika fluida (hidrostatika, tlak, atmosferski tlak, uzgon)
• 2. razred
Plinski zakoni (promjena volumena)
Elektromagnetizam (katodna cijev)
• 3. razred
Valovi (zvuk)
• 4. razred
Poluvodiči (vakuumska dioda)
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Što razlikuje fiziku od drugih
disciplina?
Izolirati “problem” pa onda kontrolirano dodavati interakcije
Ključan korak je postizanje vakuuma!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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/
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Vakuum u budućnosti
Najveća vakuumska komora pri NASA-i
ELI projekt – razbijanje vakuuma pomoću jakih laserskih polja
ELI - THE EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE
200 PW
10²³ W/cm²
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Literatura
Vakuum i nula
Hvala kolegi Hrvoju Mesiću
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Literatura
FRANK CLOSE
Hvala kolegi Ivici Avijaniju
OXFORD UNIVERSTY PRESS, 2007.
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Literatura
Everything and nothing (1) (2)
Morate pogledati!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
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!
HVALA NA PAŽNJI!
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
Zagreb, 11.1.2013. seminar za SŠ
H. Mesić