Die Erdatmosphäre übt auf uns einen Druck aus, den sogenannten Atmosphärendruck, der auf verschiedene Arten gemessen werden kann. Auf Meereshöhe beträgt der Standarddruck 14,7 psia oder 29,92 Zoll Quecksilbersäule (Hg) oder 760 mm Quecksilbersäule (Torr). Da der Luftdruck variiert, werden die oben genannten Drücke auf Meereshöhe als Referenzpunkt verwendet.

Die Atmosphäre übt einen Druck von 14,7 Psia auf uns aus, aber es gibt auch einen Druck von 14,7 Psia in unserem Inneren, da es auf jede Aktion eine gleiche, aber entgegengesetzte Reaktion gibt. Daher empfinden wir den atmosphärischen Druck nicht als unangenehm. Anders ausgedrückt: Es gibt keinen Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite unseres Körpers.

Um ein Beispiel für eine Vakuumanwendung wie CNC-Holzfräsen zu verwenden: Das Werkstück, d. h. die Holzplatte, liegt auf einem CNC-Frästisch, wobei der atmosphärische Druck von 14,7 psia nach unten und ein gleicher Druck von 14,7 psia nach oben drückt. Die Vakuumpumpe entfernt einen Teil des atmosphärischen Drucks unter dem Werkstück und reduziert so den vorhandenen Druck von 14,7 psia. Diese Verringerung des Drucks von unterhalb der Platte erzeugt einen Differenzdruck, wobei der größte Druck über der Platte liegt, diese nach unten drückt und das Werkstück an Ort und Stelle hält. Daher hält Vakuum (im Nachhinein) das Werkstück nicht an Ort und Stelle, sondern an Ort und Stelle Reduziert den Druck unter dem Werkstück und sorgt dafür, dass der atmosphärische Druck das Werkstück an Ort und Stelle hält.

Der Begriff „Vakuum“ wird verwendet, um den Druckbereich unterhalb des Atmosphärendrucks zu beschreiben. Vakuum ist ein negativer Überdruck, der sich normalerweise auf den vorhandenen Standard-Luftdruck bezieht, an dem das Gerät betrieben wird. Das bedeutet, dass Vakuum ein Differenzwert zwischen dem umgebenden Atmosphärendruck und dem Druck im evakuierten System ist. Bei Vakuumbedingungen sollte in jedem Fall die Frage gestellt werden, in welcher Höhe die Pumpe arbeiten wird, da der Luftdruck mit der Höhe über oder unter dem Meeresspiegel variiert.

In den USA ist der übliche Standard zur Messung des Grobvakuums Zoll Quecksilbersäule („Hg“), die auf zwei verschiedene Arten gemessen werden kann. Eine Methode ist die „Hg-Messung“ („HgV“), wobei die Skala bei 0“ Hg beginnt ( atmosphärischer Druck) und steigt bis zu 29,92″ Hg, was perfektem Drehdurchführung Vakuum entspricht. Die andere Möglichkeit besteht darin, in „Hg absolut“ („HgA“) zu messen, einem Messgerät mit umgekehrter Skala. In diesem Fall lautet die Skala auf dem Messgerät 29,92″ Hg bei atmosphärischem Druck und 0″ Hg wären ein perfektes Vakuum. Bitte beachten Sie, dass ein perfektes Vakuum auf der Erde nicht möglich ist, egal welche Vakuumpumpe verwendet wird.

Um die Beziehung zwischen „Hg Gauge“ und „Hg absolut“ zu veranschaulichen, können wir das folgende Beispiel verwenden: 26“ Hg Gauge auf Meereshöhe wären 29,92 – 26 = 3,92“ Hg absolut. Aufgrund der beiden unterschiedlichen Messarten sollte der Kunde gefragt werden, ob er „Messgerät“ oder „absolut“ meint. Es ist wichtig zu wissen, welcher Maßstab verwendet wird, da eine falsche Annahme einen großen Fehler bedeuten kann.

Wenn wir im höheren Vakuumbereich (niedriger absoluter Druck) arbeiten, ist es üblicher, in Torr zu messen. 1 Torr entspricht 1 mm Hg und ist immer ein absoluter Druck.

Es gibt 25,4 mm pro Zoll, was den Luftdruck als 29,92 x 25,4 = 760 Torr berechnet. Ein absoluter Manometerwert in Torr beträgt 760 Torr bei atmosphärischem Druck, was Nullvakuum entspricht, und würde bei perfektem Vakuum 0 Torr anzeigen.

Partielles Vakuum vs. perfektes Vakuum

In der realen Welt ist ein Vakuum teilweise oder unvollständig. Es bleiben immer ein paar Atome oder Moleküle übrig. Der Druck eines Teilvakuums ist niedriger als der Atmosphärendruck, aber nicht Null. Ein perfektes Vakuum ist ein theoretischer Raum, der völlig frei von Materie ist. Diese Art von Vakuum wird auch „Freiraum“ genannt.

Beispiele für ein Vakuum

Jeder Bereich mit einem Druck, der unter dem atmosphärischen Druck liegt, ist Vakuum. Hier sind Beispiele für ein Vakuum:

• Das Innere einer Glühbirne ist ein Vakuum.
• Der Weltraum ist ein nahezu perfektes Vakuum.
• Die dünnen Atmosphären von Mond, Merkur und Mars sind ein Vakuum (zumindest im Vergleich zur Erde).
• Durch das Ansaugen eines Staubsaugers entsteht ein Vakuum.
• Der isolierende Bereich zwischen den Glaswänden einer Thermoskanne enthält ein Vakuum.
• Die Thermosphäre der Erde ist ein Vakuum.
• Der Tiefdruck eines starken Hurrikans ist ein Teilvakuum.

Einfache Möglichkeiten, ein Vakuum zu erzeugen

Die besten Staubsauger verwenden teure Pumpen, um Gase zu entfernen. Es ist jedoch ganz einfach, selbst einen Staubsauger herzustellen, indem man gängige Materialien verwendet:

1. Befestigen Sie einen Saugnapf an einem Fenster. Ziehen Sie den Saugnapf zurück. Der Raum zwischen der Tasse und dem Glas ist ein Vakuum.
2. Verschließen Sie das Ende einer leeren Spritze, um sie zu verschließen. Ziehen Sie den Kolben nach oben. Das Leervolumen innerhalb der Spritze ist ein Vakuum. Wenn sich in der Spritze etwas Wasser befindet, wird es durch den geringen Druck zum Kochen gebracht.
3. Befestigen Sie den Schlauch des Staubsaugers an einem starren, ansonsten verschlossenen Behälter. Das Gerät saugt die Luft ab und hinterlässt ein unvollständiges Vakuum.
4. Durch das Atmen entsteht ein Teilvakuum. Wenn sich Ihr Zwerchfell senkt, verringert sich durch die Volumenzunahme der Druck in den Lungenbläschen. Der Druckunterschied führt zum Einatmen.
5. Wenn Sie Zugang zu einem Labor haben, nutzt ein Vakuumfilter den Wasserfluss, um Luft aus einem Kolben zu entfernen. Im Inneren des Kolbens herrscht ein Teilvakuum.

Warum ist der Weltraum ein Vakuum?

Die Schwerkraft ist der Grund dafür, dass im Weltraum ein nahezu perfektes Vakuum herrscht. Im Laufe der Zeit zieht die Schwerkraft Materieteilchen zusammen und bildet Gaswolken, Sterne und Planeten. Die Räume zwischen interstellaren Objekten bleiben nahezu leer. Außerdem dehnt sich das Universum aus. Auch ohne Schwerkraft vergrößert sich der Raum zwischen den Teilchen.