Vacío

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Vacío
Para otros usos de este término, véase Vacío (desambiguación).

El vac√≠o (del lat√≠n vacńęvus) es la ausencia total de materia en un determinado espacio o lugar, o la falta de contenido en el interior de un recipiente. Por extensi√≥n, se denomina tambi√©n vac√≠o a la condici√≥n de una regi√≥n donde la densidad de part√≠culas es muy baja, como por ejemplo el espacio interestelar; o la de una cavidad cerrada donde la presi√≥n de aire u otros gases es menor que la atmosf√©rica.

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

Contenido

Definiciones

En física se suele denominar vacío al espacio ultra alto vacío donde hay poca energía. El espacio ultra alto vacío surge como consecuencia de la transformación de esta energía, compuesta por patrones de ondas superpuestas y entrelazadas entre sí, que experimentan un impulso de repulsión; si no consiguen liberarse de ese solapamiento se debe al empuje de las unidades adyacentes.

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

Medición del vacío

La presi√≥n atmosf√©rica es la que ejerce la atm√≥sfera o aire sobre la Tierra. A temperatura ambiente y presi√≥n atmosf√©rica normal, un metro c√ļbico de aire contiene aproximadamente 2 √ó 1025 mol√©culas en movimiento a una velocidad promedio de 1600 kil√≥metros por hora. Una manera de medir la presi√≥n atmosf√©rica es con un bar√≥metro de mercurio; su valor se expresa en t√©rminos de la altura de la columna de mercurio de secci√≥n transversal unitaria y 760 mm de alto. Con base en esto, decimos que una atm√≥sfera est√°ndar es igual a 760 mm Hg. Utilizaremos por conveniencia la unidad torricelli (s√≠mbolo, Torr) como medida de presi√≥n; 1 Torr = 1 mm Hg, por lo que 1 atm = 760 Torr; por lo tanto 1 Torr = 1/760 de una atm√≥sfera est√°ndar, o sea 1 Torr = 1,136 √ó 10‚Äď3 atm.

Medición de bajas presiones

Pirani construy√≥ el primer aparato capaz de medir presiones muy peque√Īas, menores de 10‚Äď5 Torr. Para entender como funciona debemos pensar que en la zona donde se ha producido en vac√≠o tenemos un filamento met√°lico por el que pasa una corriente. La resistencia el√©ctrica de ese filamento depende de la temperatura. La temperatura que alcanza el filamento para un voltaje dado depende de la cantidad de mol√©culas de gas que hay a su alrededor. Esas mol√©culas act√ļan como ¬ęabrigo¬Ľ del metal. Por lo tanto, la temperatura del filamento depende del abrigo: m√°s mol√©culas ‚Äē> m√°s abrigo ‚Äē> m√°s temperatura. Menos mol√©culas ‚Äē> mayor vac√≠o ‚Äē> menor temperatura. Como la resistencia depende de la temperatura nos basta medirla para saber el nivel de vac√≠o que hay. Para medir la resistencia nos basta medir el voltaje aplicado y la intensidad resultante.

Medidas de ionización

Tienen el mismo fundamento que las bombas de ionizaci√≥n, hasta el punto que √©stas pueden considerarse como una consecuencia de aqu√©llas. Cuando se trata de medir presiones de vac√≠o muy bajas, se utilizan las variantes propuestas por Bayard-Alpert de aquellos aparatos capaces de suministrar con gran exactitud presiones de hasta 10‚Äď12 Torr.

El aire está compuesto por varios gases; los más importantes son el nitrógeno y el oxígeno, pero también contiene 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

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, Liofiliación, Degasificación, 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.

Historia

Barómetro de mercurio de Torricelli, que produjo el primer vacío en un laboratorio.

Durante toda la Antig√ľedad y hasta el Renacimiento se desconoc√≠a la existencia de la presi√≥n atmosf√©rica. No pod√≠an por tanto dar una explicaci√≥n de los fen√≥menos debidos al vac√≠o. En Grecia se enfrentaron por ello dos teor√≠as. Para Epicuro y sobre todo para Dem√≥crito (420 a. C.) y su escuela, la materia no era un todo continuo sino que estaba compuesta por peque√Īas part√≠culas indivisibles (√°tomos) que se mov√≠an en un espacio vac√≠o y que con su distinto ordenamiento daban lugar a los distintos estados f√≠sicos. Por el contrario, Arist√≥teles exclu√≠a la noci√≥n de vac√≠o y para justificar los fen√≥menos que su propia F√≠sica no pod√≠a explicar recurr√≠a al c√©lebre aforismo seg√ļn el cual ¬ęla Naturaleza siente horror al vac√≠o¬Ľ (teor√≠a que result√≥ dominante durante la Edad Media y hasta el descubrimiento de la presi√≥n).

Este t√©rmino de horror vacui fue el utilizado incluso por el propio Galileo a comienzos del siglo XVII al no poder explicar ante sus disc√≠pulos el hecho de que una columna de agua en un tubo cerrado por su extremo no se desprenda, si el tubo ha sido invertido estando sumergido el extremo libre del mismo dentro de agua. Sin embargo, supo transmitir a sus disc√≠pulos la inquietud por explicar el hecho anterior y asociado a √©l, por qu√© las bombas aspirantes-impelentes (√≥rgano hidr√°ulico inventado por el alejandrino por Ctesibio, contempor√°neo de Arqu√≠medes) no pod√≠an hacer subir el agua de los pozos a una altura superior a los 10 m.

En 1630 Giovanni Battista Baliani envi√≥ una carta a Galileo Galilei donde le notificaba que no lograba que el agua en los sifones subiera m√°s all√° de 10 m. Galileo le propuso que la explicaci√≥n era que el vac√≠o no ten√≠a fuerza suficiente nada m√°s que para levantar esa cantidad de agua. En 1640 el italiano Gasparo Berti tratando de explicar lo que ocurr√≠a con los sifones realiz√≥ el primer experimento con el vac√≠o. Cre√≥ lo que constituye, primordialmente, un bar√≥metro de agua, el cual result√≥ capaz de producir vac√≠o.

Al analizar el informe experimental de Berti, Evangelista Torricelli capt√≥ con claridad el concepto de presi√≥n de aire, por lo que dise√Ī√≥, en 1644, un dispositivo para demostrar los cambios de presi√≥n en el aire. Construy√≥ un bar√≥metro que en lugar de agua empleaba mercurio, y de esta manera, sin propon√©rselo, comprob√≥ la existencia del vac√≠o.

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

La aceptaci√≥n del concepto de vac√≠o se dio cuando en 1648, Blaise Pascal subi√≥ un bar√≥metro con 4 kg de mercurio a una monta√Īa a 1000 metros sobre el nivel del mar. Sorprendentemente, cuando el bar√≥metro estaba en la cima, el nivel de la columna de Hg en el tubo era mucho menor que al pie de la monta√Īa. Torricelli aseguraba la existencia de la presi√≥n de aire y dec√≠a que debido a ella el nivel de Hg en el recipiente no descend√≠a, lo cual hac√≠a que el tama√Īo de la columna de mercurio permaneciera constante dentro del tubo. As√≠ pues, al disminuir la presi√≥n del aire en la cima de la monta√Īa, el nivel de Hg en el recipiente subi√≥ y en la columna dentro del tubo baj√≥ inmediatamente (se vaci√≥ de manera parcial).

El paso final que dio Torricelli fue la construcci√≥n de un bar√≥metro de mercurio que conten√≠a en la parte vac√≠a del tubo otro bar√≥metro para medir la presi√≥n de aire en esa regi√≥n. Se hicieron muchas mediciones y el resultado fue que no hab√≠a una columna de Hg en el tubo del bar√≥metro peque√Īo porque no se ten√≠a presi√≥n de aire. Esto aclar√≥ que no exist√≠a vapor de mercurio en la parte vac√≠a del tubo. As√≠, se puso en evidencia la presi√≥n del aire y, lo m√°s importante, la producci√≥n y existencia del vac√≠o.

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

Tabla de descubrimientos sobre la tecnología de vacío
Autor Descubrimiento o trabajo A√Īo
Evangelista Torricelli El vac√≠o en la columna de 760 mm de mercurio 1643
Blaise Pascal Variación de la columna de Hg con la altura 1650
Otto von Guericke Bombas de vacío de pistón. Hemisferio de Magdeburgo 1654
Robert Boyle Ley presión-volumen de los gases ideales 1662
Edme Mariotte Ley presión-volumen de los gases ideales 1679
A. L. Lavoisier El aire fomado por una mezcla de O2 y N2 1775
Daniel Bernouilli Teoría cinética de los gases 1783
J.A. Charles-J. Gay Lussac Ley volumen-temperatura de los gases ideales 1802
William Henry Ley de Henry:a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un líquido es 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 1810
Amadeo Avogadro La densidad molecular de los gases es corriente 1811
Geissler y Toepler 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 1865
H. Mc Leod Vacuómetro de compresión de mercurio (McLeod) 1874
T. A. Edison L√°mpara de incandescencia con filamento de C 1879
W. Crookes Tubo de rayos catódicos 1879
J. Van der Waals Ecuación de estado de los gases reales 1881
James Dewar Aislamiento térmico bajo vacío 1893
Wilhem Roentgen Rayos X 1895
A. Fleming Diodo de vacío 1902
Arthur Wehnelt Cátodo recubierto por óxido 1904
Wolfgang Gaede Bomba de vacío rotativa 1905
Marcelo Pirani Vacuómetro de conductividad térmica 1906
Lee the Forest Triodo de vacío 1907
W. D. Coolidge L√°mpara de filamento de tungsteno 1909
M. Knudsen El flujo molecular de los gases 1909
W. Gaede Bomba de vacío molecular 1913
W. D. Coolidge Tubos de rayos X 1915
W. Gaede Bomba difusora de mercurio 1915
Irving Langmuir L√°mpara incandescente llena de gas inerte 1915
Irving Langmuir Bomba difusora de condensación de mercurio 1916
O. E. Buckley Galga de ionización de cátodo caliente 1916
F. Holweck Bomba molecular 1923
W. Gaede El gas-ballast en las bombas rotativas 1935
Kenneth Hickman Bomba difusora de aceite 1936
F. M. Penning Vacuómetro de ionización de cátodo frío 1937
R. T. Bayard y D. Alpert Galga de ionización para ultra alto vacío 1950
H. J. Schwarz, R. G. Herb Bombas iónicas 1953


Véase también

Referencias

  • Talavera, Laura; Mario Far√≠as (1990). El vac√≠o y sus aplicaciones. M√©xico: La Ciencia para Todos. ISBN 978-968-16-7032-0. 
  • Ribas, Albert (2008). Biograf√≠a del vac√≠o. Su historia filos√≥fica y cient√≠fica desde la Antig√ľedad a la Edad Moderna (4.¬™ ed. edici√≥n). Barcelona: Sunya. ISBN [[Especial:FuentesDeLibros/978-846-1239-252|978-846-1239-252]]. 

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

Sinónimos:

Antónimos:

Mira otros diccionarios:

  • vac√≠o ‚ÄĒ vac√≠o, a (Del lat. vacńęvus). 1. adj. Falto de contenido f√≠sico o mental. 2. Dicho de una hembra: Que no puede tener cr√≠a. 3. Dicho de un sitio: Que est√° con menos gente de la que puede concurrir a √©l. 4. Hueco, o falto de la solidez… ‚Ķ   Diccionario de la lengua espa√Īola

  • vac√≠o ‚ÄĒ vac√≠o, hacer el vac√≠o a alguien expr. ignorar, menospreciar a alguien. ‚Ěô ¬ęNo es que te haga el vac√≠o, es que no se da cuenta.¬Ľ Ragazza, n.¬į 101. ‚Ěô ¬ę...exhortar a los ciudadanos de Iberia a hacer el vac√≠o a todo lo fabricado m√°s all√° de los… ‚Ķ   Diccionario del Argot "El Sohez"

  • vac√≠o ‚ÄĒ m. anat. Regi√≥n anterior del abdomen comprendida entre las costillas y el borde superior de la cresta il√≠aca. Medical Dictionary. 2011. vac√≠o ‚Ķ   Diccionario m√©dico

  • vac√≠o ‚ÄĒ vac√≠o, a adjetivo 1) desocupado, deshabitado, desierto. Se refieren a espacios, como una habitaci√≥n, una clase, una calle, etc. 2) hueco*, vano, huero, superficial. * * * Sin√≥ ‚Ķ   Diccionario de sin√≥nimos y ant√≥nimos

  • Vac√≠o ‚ÄĒ (Del lat. vulgar vacivus.) ‚Ėļ adjetivo 1 Que no tiene contenido o no tiene algo determinado: ‚Ė† botella de vino vac√≠a. ANT√ďNIMO lleno 2 Que no est√° ocupado por nadie o que est√° sin gente o con poca gente: ‚Ė† la ciudad estaba vac√≠a; el cine est√°… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • vac√≠o ‚ÄĒ adj 1 Que no contiene nada: cajetillas vac√≠as, botellas vac√≠as, un vaso vac√≠o 2 Que no est√° ocupado por nadie: sillas vac√≠as, camiones vac√≠os, un departamento vac√≠o, asientos vac√≠os 3 Que no tiene inter√©s ni valor, que es superficial o vano: una… ‚Ķ   Espa√Īol en M√©xico

  • vac√≠o ‚ÄĒ {{ÔľÉ}}{{LM SynV40288}}{{„Äď}} {{CLAVE V39305}}{{Ôľľ}}{{CLAVE}}{{ÔľŹ}}{{Ôľľ}}SIN√ďNIMOS Y ANT√ďNIMOS:{{ÔľŹ}} {{ÔľĽ}}vac√≠o{{ÔľĹ}}, {{ÔľĽ}}vac√≠a{{ÔľĹ}} {{„Ää}}‚Ėć adj.{{„Äč}} ÔľĚ {{Ôľú}}1{{Ôľě}} {{‚ôā}}(sin contenido){{‚ôÄ}} hueco ‚ÄĘ vano ‚ÄĘ huero ‚ÄĘ vacuo (form.) ‚Ȇ lleno ÔľĚ {{Ôľú}}2{{Ôľě}}… ‚Ķ   Diccionario de uso del espa√Īol actual con sin√≥nimos y ant√≥nimos

  • vac√≠o ‚ÄĒ (m) (B√°sico) lugar en el que no se encuentra nadie ni nada, tambi√©n en el sentido figurado Ejemplos: Despu√©s de la muerte de su mujer siente un gran vac√≠o. La chica estaba mirando al vac√≠o como si estuviera hipnotizada. (adj) (B√°sico) algo que no ‚Ķ   Espa√Īol Extremo Basic and Intermediate

  • vacio ‚ÄĒ pop. Ignorante (JAS) ‚Ķ   Diccionario Lunfardo

  • vac√≠o ‚ÄĒ a adj. Falto de contenido. Vacuo. Sin nada ‚Ķ   Diccionario Castellano


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