El Vacio

EL VACIO.

En palabras básicas un vacío es un volumen de espacio que esta esencialmente libre de materia de tal forma que su presión gaseosa es significantemente menos que la presión atmosférica. Poniendo a un lado las complejidades del vacío quántico, la noción clásica del vació perfecto con una presión gaseosa de exactamente cero es solo un concepto filosófico y nunca es observado en práctica. La calidad de un vacío se refiere a que tan cerca se asemeja a un vacío perfecto.

La teoría quántica establece límites en cuanto a la más alta calidad posible de un vacío, diciendo que ningún volumen de espacio puede ser perfectamente vacío. El espacio exterior y el espacio interestelar son vacíos de alta calidad que ocurren naturalmente y normalmente de una calidad mucho más alta de los que se pueden crear artificialmente con la tecnología de hoy en día.

El vacío ha sido un tema frecuente de debate filosófico desde la Antigua Grecia, pero no fue estudiada empíricamente hasta el siglo XVII. Los siguientes son algunos de los acontecimientos más notables en la historia de la investigación del vacío:

- Tanto Platón como Aristóteles pensaron que la idea de un vacío era imposible diciendo que, “’Nada’ no puede ser algo”.

- Herón de Alejandría fue el primer filósofo Griego en intentar de artificialmente crear un vacío, pero fracaso.

- En Europa medieval la iglesia Católica consideraba la idea del vacío herético y en contra de la naturaleza y dio al concepto popular de que la naturaleza ‘odiaba’ el vacío, esta idea se llamaría horror vacui.

- En el siglo XVII bombas para el agua llegaron a un nivel que podían crear vacíos medibles, derrocando la idea de horror vacui, es observado que las bombas no podían jalar el agua arriba de cierta altura (9-10 metros).

- Galileo es comisionado para resolver el problema de altura limite, el anuncia el problema incluyendo a Gasparo Berti quien replico el problema al crear el primer barómetro en Roma en 1639.

- En 1643 Evangelista Torricelli, después de leer las notas de Galileo, creo el primer barómetro de mercurio y argumento que el espacio en la parte de arriba era un vacío.

- En 1654 Otto von Guericke invento la primer bomba de vació y llevo a cabo su experimento de los hemisferios de Magdeburgo y demostró que equipos de caballos no podían separar dos hemisferios de los cuales se había extraído (parcialmente) el aire.

- Robert Boyle y Robert Hooke mejoraron el diseño de Guericke y experimentaron con las propiedades del vacío.

- En1855 Heinrich Geissler invento la bomba de desplazamiento de mercurio y logro un vacío de 10 Pa. A este nivel varias propiedades eléctricas son observables, esto llevo al descubrimiento del tubo vacío.

Los dispositivos para poder hacer un vacío.

Los egipcios y los chinos, con el invento del fuelle con válvulas para inyectar aire a los hornos, hacían vacío sin saberlo: al abrir el fuelle, se llenaba de aire por el vacío que se provocaba dentro de éste.

Viajemos un poco en el tiempo hasta el momento en que apareció la primera bomba de aire. En el siglo XVII, Otto von Guericke hizo una contribución importante a la ciencia con su invención de la bomba de aire, considerada como una de las cuatro invenciones del siglo (los otros inventos fueron: el telescopio, el microscopio y el reloj de péndulo).

Von Guericke adaptó en 1640 a un tonel de madera una bomba de agua, después lo llenó con agua y lo clausuró. Con la ayuda de varios hombres procedió a sacar el agua. El bombeo se prolongó después de vaciado el tonel, lo que causó la precipitación del aire a través de los poros de la madera. Este suceso lo motivó a ocuparse en otro experimento: la fabricación de una esfera de cobre a la que se le podía colocar una bomba. Omitió el agua y bombeó directamente el aire. Cuando había extraído aparentemente todo el aire, la esfera se deformó de manera repentina (sufrió un efecto de compresión) debido a la presión atmosférica.

A partir de estos experimentos llegó a crear la bomba de aire (Figura IV.1). Esta era esencialmente igual a una bomba de agua y tenía válvulas manuales. Contaba con una construcción más cuidadosa ya que estaba herméticamente sellada alrededor del cilindro y las válvulas. En principio, la única diferencia entre tales bombas para crear vacío y las usadas para extraer agua es que el trabajo se realiza jalando en lugar de empujando, con una correspondiente secuencia de válvulas.

El experimento más famoso de Von Guericke fue el llamado de Los hemisferios de Maydeburgo, que consistía en un par de semiesferas unidas y dentro de ellas se hacía el vacío. La esfera así formada era separada con gran dificultad por un equipo de ocho caballos en cada lado (Figura IV.2). Este experimento fue presentado ante un pequeño grupo de espectadores cerca de Reichstag, aproximadamente en 1654. Tiempo después el espectáculo se presentó ante el emperador y su corte y alcanzó tal fama que se llevó en exhibición por toda Europa.

Durante largo tiempo, las bombas de vacío no fueron llamadas bombas de vacío. Von Guericke las llamaba jeringas; Boyle, máquinas neumáticas; después el término de bomba de aire fue establecido. El uso de la palabra bomba para este invento, en vez de compresor de aire rarificado, se hizo relacionándolo con el agua.

Figura IV.1. Bombas de aire de Von Guericke usada en la demostración en Berlín y Magdeburgo.

En términos generales, la historia del desarrollo de las bombas de vacío puede ser trazada como sigue: primero, se realizó la modificación de las bombas de agua existentes con pistones y válvulas, las cuales dejaron de utilizarse a finales del siglo XIX. Entonces se volvió a un concepto más primitivo de bombas de pistón de mercurio líquido. Después se estableció el uso de bombas mecánicas rotatorias, seguidas de adaptaciones de bombas de vapor, turbomaquinaria y, por último, de bombas basadas en fenómenos de ionización, combinación química y adsorción criogénica.

Figura IV.2. Experimento de hemisferios de Magdeburgo.

TABLA I. Historia de la bomba de vacío

Año Autor Descubrimiento

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Siglo VIII Hauskbee y Nollet Mejoras a la bomba de Von Guericke

1850 Geissler y Toepler Bomba de columna de Hg

1865 Sprengel Bomba de gota de Hg

1905 Wolfgang Gaede Bomba de vacío o rotatoria

1913 Wolfgang Gaede Bomba molecular de vacío

1915 Wolfgang Gaede Bomba de difusión

1916 Irving Langmuir Condensación-difusión

1923 F.

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