VacíoDe Wikipedia, la enciclopedia libre

El vacío (del latín vacīvus) es la ausencia total de material en los elementos (materia) en un determinadoespacio o lugar, o la falta de contenido en el interior de un recipiente. Por extensión, se denomina tambiénvacío a la condición de una región donde la densidad de partículas es muy baja, como por ejemplo elespacio interestelar; o la de una cavidad cerrada donde la presión del aire u otros gases es menor que laatmosférica.

Puede existir naturalmente o ser provocado en forma artificial, ya sea para usos tecnológicos o científicos, oen la vida diaria. Se aprovecha en diversas industrias, como la alimentaria, la automovilística o lafarmacéutica.

Índice

1 Definición del vacío2 Medición del vacío

2.1 Medición de bajas presiones2.2 Medidas de ionización

3 Aplicaciones de las técnicas de vacío4 Historia5 Véase también6 Bibliografía7 Enlaces externos

Definición del vacío

De acuerdo con la definición de la Sociedad Estadounidense del Vacío o AVS (1958), el término se refierea cierto espacio lleno con gases a una presión total menor que la presión atmosférica, por lo que el grado devacío se incrementa en relación directa con la disminución de presión del gas residual. Esto significa quecuanto más disminuyamos la presión, mayor vacío obtendremos, lo que nos permite clasificar el grado devacío en correspondencia con intervalos de presiones cada vez menores. Cada intervalo tiene característicaspropias.

Medición del vacío

La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente ypresión atmosférica normal, un metro cúbico de aire contiene aproximadamente 2 × 1025 moléculas enmovimiento a una velocidad promedio de 1600 kilómetros por hora. Una manera de medir la presiónatmosférica es con un barómetro de mercurio; su valor se expresa en términos de la altura de la columna demercurio de sección transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto, decimos que una atmósferaestándar es igual a 760 mmHg. Utilizaremos por conveniencia la unidad torricelli (símbolo, Torr) comomedida de presión; 1 Torr = 1 mmHg, por lo que 1 atm = 760 Torr; por lo tanto 1 Torr = 1/760 de unaatmósfera estándar, o sea 1 Torr = 1,316 × 10–3 atm.

Medición de bajas presiones

Pirani construyó el primer aparato capaz de medir presiones muy pequeñas, menores de 10–5 Torr. Paraentender como funciona debemos pensar que en la zona donde se ha producido el vacío tenemos unfilamento metálico por el que pasa una corriente. La resistencia eléctrica de ese filamento depende de latemperatura. La temperatura que alcanza el filamento para un voltaje dado depende de la cantidad demoléculas de gas que hay a su alrededor. Esas moléculas actúan como «abrigo» del metal. Por lo tanto, latemperatura del filamento depende del abrigo: más moléculas ―> más abrigo ―> más temperatura. Menosmoléculas ―> mayor vacío ―> menor temperatura. Como la resistencia depende de la temperatura nosbasta medirla para saber el nivel de vacío que hay. Para medir la resistencia basta medir el voltaje aplicadoy la intensidad resultante.

Medidas de ionización

Tienen el mismo fundamento que las bombas de ionización, hasta el punto que éstas pueden considerarsecomo una consecuencia de aquéllas. Cuando se trata de medir presiones de vacío muy bajas, se utilizan lasvariantes propuestas por Bayard­Alpert de aquellos aparatos capaces de suministrar con gran exactitudpresiones de hasta 10–12 Torr.

El aire está compuesto por varios gases; los más importantes son el nitrógeno y el oxígeno, pero tambiéncontiene en menores concentraciones gases como dióxido de carbono, argón, neón, helio, criptón, xenón,hidrógeno, metano, óxido nitroso y vapor de agua.

Aplicaciones de las técnicas de vacío

Historia

Durante toda la Antigüedad y hasta el Renacimiento se desconocía la existencia de la presión atmosférica.No podían por tanto dar una explicación de los fenómenos debidos al vacío. En Grecia se enfrentaron porello dos teorías. Para Epicuro y sobre todo para Demócrito (420 a. C.) y su escuela, la materia no era untodo continuo sino que estaba compuesta por pequeñas partículas indivisibles (átomos) que se movían en unespacio vacío y que con su distinto ordenamiento daban lugar a los distintos estados físicos. Por elcontrario, Aristóteles excluía la noción de vacío y para justificar los fenómenos que su propia Física nopodía explicar recurría al célebre aforismo según el cual «la Naturaleza siente horror al vacío» (teoría queresultó dominante durante la Edad Media y hasta el descubrimiento de la presión).

Este término de horror vacui fue el utilizado incluso por el propio Galileo a comienzos del siglo XVII al nopoder explicar ante sus discípulos el hecho de que una columna de agua en un tubo cerrado por su extremono se desprenda, si el tubo ha sido invertido estando sumergido el extremo libre del mismo dentro de agua.Sin embargo, supo transmitir a sus discípulos la inquietud por explicar el hecho anterior y asociado a él, porqué las bombas aspirantes­impelentes (órgano hidráulico inventado por el alejandrino Ctesibio,contemporáneo de Arquímedes) no podían hacer subir el agua de los pozos a una altura superior a los 10 m.

En 1630 Giovanni Battista Baliani envió una carta a Galileo Galilei donde le notificaba que no lograba queel agua en los sifones subiera más allá de 10 m. Galileo le propuso que la explicación era que el vacío no

Aplicaciones técnicas del vacíoSituaciónfísica Objetivo Aplicaciones

Bajapresión

Se obtieneunadiferencia depresión

Sostenimiento, elevación, transporte (neumático, aspiradores, filtrado),moldeado

Bajadensidadmolecular

Eliminar loscomponentesactivos de laatmósfera

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

Extraccióndel gasocluido odisuelto

Desecación, deshidratación, concentración, liofilización, degasificación,impregnación

Disminuciónde latransferenciade energía

Aislamiento térmico, aislamiento eléctrico, microbalanza de vacío, simulaciónespacial

Granrecorridolibremedio

Evitarcolisiones

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

Tiempolargo deformaciónde unamonocapa

Superficieslimpias

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

tenía fuerza suficiente nada más que para levantar esa cantidad de agua. En 1640 el italiano Gasparo Bertitratando de explicar lo que ocurría con los sifones realizó el primer experimento con el vacío. Creó lo queconstituye, primordialmente, un barómetro de agua, el cual resultó capaz de producir vacío.

Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli captó con claridad el concepto depresión de aire, por lo que diseñó, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presión en el aire.Construyó un barómetro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin proponérselo,comprobó la existencia del vacío.

El barómetro de Torricelli constaba de un recipiente y un tubo lleno de mercurio (Hg) cerrado en uno de susextremos. Al invertir el tubo dentro del recipiente se formaba vacío en la parte superior del tubo. Esto eraalgo difícil de entender en su época, por lo que se intentó explicarlo diciendo que esa región del tubocontenía vapor de mercurio, argumento poco aceptable ya que el nivel de mercurio en el tubo eraindependiente del volumen del mismo utilizado en el experimento.

Barómetro demercurio deTorricelli, queprodujo el primervacío en unlaboratorio.

La aceptación del concepto de vacío se dio cuando en 1648, Blaise Pascal subió un barómetro con 4 kg demercurio a una montaña a 1000 metros sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el barómetroestaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la montaña.Torricelli aseguraba la existencia de la presión de aire y decía que debido a ella el nivel de Hg en elrecipiente no descendía, lo cual hacía que el tamaño de la columna de mercurio permaneciera constantedentro del tubo. Así pues, al disminuir la presión del aire en la cima de la montaña, el nivel de Hg en elrecipiente subió y en la columna dentro del tubo bajó inmediatamente (se vació de manera parcial).

El paso final que dio Torricelli fue la construcción de un barómetro de mercurio que contenía en la partevacía del tubo otro barómetro para medir la presión de aire en esa región. Se hicieron muchas mediciones yel resultado fue que no había una columna de Hg en el tubo del barómetro pequeño porque no se teníapresión de aire. Esto aclaró que no existía vapor de mercurio en la parte vacía del tubo. Así, se puso enevidencia la presión del aire y, lo más importante, la producción y existencia del vacío.

Entonces, después de varios experimentos se puede explicar bien el funcionamiento del barómetro deTorricelli: la atmósfera ejerce una presión, lo cual impide que el mercurio salga del tubo y del recipiente; esdecir, cuando la presión atmosférica se iguale a la presión ejercida por la columnade mercurio, el mercurio no podrá salir del tubo. Cuando el aire pesa más, soportauna columna mayor de mercurio; y cuando pesa menos, no es capaz de resistir lamisma columna de mercurio, así que se escapa un poco de mercurio del tubo.

Tabla de descubrimientos sobre la tecnología de vacíoAutor Descubrimiento o trabajo Año

EvangelistaTorricelli El vacío en la columna de 760 mm de mercurio 1643

Blaise Pascal Variación de la columna de Hg con la altura 1650Otto vonGuericke Bombas de vacío de pistón. Hemisferio de Magdeburgo 1654

Robert Boyle Ley presión­volumen de los gases ideales 1662EdmeMariotte Ley presión­volumen de los gases ideales 1679

A. L.Lavoisier El aire fomado por una mezcla de O2 y N2 1775

DanielBernouilli Teoría cinética de los gases 1783

J.A. Charles­J. GayLussac

Ley volumen­temperatura de los gases ideales 1802

WilliamHenry

Ley de Henry:a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un líquidoes directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido 1803

Medhurst Propone la primera línea neumática de vacío entre oficinas de correos 1810AmadeoAvogadro La densidad molecular de los gases es corriente 1811

Geissler yToepler Bomba de vacío mediante columna de mercurio 1850

J. K.Maxwell Leyes de la distribución de velocidades en un gas molecular 1859

Sprengel Bomba de vacío por caída de mercurio 1865H. Mc Leod Vacuómetro de compresión de mercurio (McLeod) 1874T. A. Edison Lámpara de incandescencia con filamento de C 1879W. Crookes Tubo de rayos catódicos 1879J. Van derWaals Ecuación de estado de los gases reales 1881

James Dewar Aislamiento térmico bajo vacío 1893WilhemRoentgen Rayos X 1895

A. Fleming Diodo de vacío 1902ArthurWehnelt Cátodo recubierto por óxido 1904

WolfgangGaede Bomba de vacío rotativa 1905

MarceloPirani Vacuómetro de conductividad térmica 1906

Lee theForest Triodo de vacío 1907

W. D.Coolidge Lámpara de filamento de tungsteno 1909

M. Knudsen El flujo molecular de los gases 1909W. Gaede Bomba de vacío molecular 1913W. D.Coolidge Tubos de rayos X 1915

W. Gaede Bomba difusora de mercurio 1915IrvingLangmuir Lámpara incandescente llena de gas inerte 1915

IrvingLangmuir Bomba difusora de condensación de mercurio 1916

O. E.Buckley Galga de ionización de cátodo caliente 1916

F. Holweck Bomba molecular 1923W. Gaede El gas­ballast en las bombas rotativas 1935KennethHickman Bomba difusora de aceite 1936

F. M.Penning Vacuómetro de ionización de cátodo frío 1937

R. T. Bayardy D. Alpert Galga de ionización para ultra alto vacío 1950

H. J.Schwarz, R.G. Herb

Bombas iónicas 1953

Véase también

Camino libre medioCreación de paresVacío idealEnergía del punto ceroEnergía del vacíoVacío cuánticoVálvula termoiónicaVacuómetro de McLeodHemisferios de Magdeburgo

Bibliografía

Talavera, Laura; Mario Farías (1990). El vacío y sus aplicaciones. México: La Ciencia para Todos.ISBN 978­968­16­7032­0.

Ribas, Albert (2008). Biografía del vacío. Su historia filosófica y científica desde la Antigüedad a laEdad Moderna (4.ª ed. edición). Barcelona: Sunya. ISBN 978­846­1239­252.

Enlaces externos

Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre vacío.EditorialSunya.com (http://www.editorialsunya.com/vacio.html) (la web del vacío)

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