진공: 두 판 사이의 차이

 

=== 고대 그리스 ===

 

=== 10세기 ===

 

== 진공의 측정 ==

===[[음극선]] 실험과 진공<ref>[http://navercast.naver.com/contents.nhn?contents_id=174]</ref> ===

음극선관을 처음으로 연구하기 시작한 사람은 [[패러데이]] 이다. 19세기말에 높은 [[전압]]을 유리관의 각 끝에 있는 금속판에 걸게 되면 유리관 안에 [[방전]]현상이 일어나고 번쩍거리는 현상을 발견하였다. 이 사실은 당시에 엄청난 과학적 관심을 불러일으켰었다. 양극판 사이에 흐르는 방전효과라고 과학자들은 보고 그 현상을 '음극선'이라고 명명하였다. 이러한 음극선은 유리관안에 공기가 많이 들어있으면 방해를 받아 잘 흐르지 못했다. 그리하여 과학자들이 유리관 안의 공기를 진공펌프를 이용하여 빼내었고 그것이 음극선관의 시초이다. 진공기술이 좋지 않았던 초기의 음극선관은 성능이 좋지 않았다. 독일의 유리 기구 제작자이며 엔지니어였던 [[가이슬러]]가 비로소 진공 기술을 높인 음극선관을 만들어 음극선관을 만들었고 이를 가이슬러관이라고 부르게 되었다. 가이슬러관이 발명되어서 비로소 음극선의 흐름이 제대로 관찰될 수 있었다. 이후에 영국의 [[크룩스]]가 가이슬러관의 진공도보다 더 높은 진공도를 갖는 음극선관을 개발하였는데 이를 크룩스관이라고 부른다.

|완전한 진공|| 0 || 0 Pa

|}

* '''대기압'''은 101.325 kPa (760 Torr)로 표준화되어 있다.

* '''저진공''' 진공 청소기나 액주식 압력계 등의 기초적인 장치로 만들어지거나 측정되는 진공이다.

* '''우주 공간'''은 일반적으로 인공적인 진공보다 더욱 진공에 가깝다. 깊은 우주는 우주의 어떤 부분이 기준으로 잡히는가에 따라 고진공보다 높은 진공일 수도 낮은 진공일 수도 있다. 예를 들어, 행성 간의 공간의 평균자유경로는 태양계의 크기보다 작지만 작은 행성들이나 위성들보다는 크다. 결국, 태양풍은 태양계 규모에서 연속적인 흐름을 보인다. 그러나 지구와 달에 대해서는 입자들의 폭격으로 인식될 것이다.

* '''완전한 진공'''은 아무 입자들도 존재하지 않는 이상적인 상태이다. 아주 짧은 순간동안, 매우 작은 부피의 공간에서 일어날 수는 있지만 이 것은 실험실에서는 얻어질 수 없다. 모든 물질의 입자들이 제거된다고 해도 그 공간에는 여전히 광자나 중력자, 암흑 에너지, 가상 입자 등이 남아 있을 것이기 때문이다.

=== 진공계 ===

* '''상대적 압력과 절대적 압력의 측정 '''

진공은 압력의 단위로 측정되며, 보통 지구의 대기압에 대해 상대적으로 측정된다. 그러나 상대적으로 측정될 수 있는 진공의 양은 각 지역의 조건에 따라 다르다. 지구의 대기압보다 압력이 훨씬 높은 목성의 표면에서는 더 높은 진공 상대 측정이 가능할 것이다. 대기가 거의 없는 달의 표면에서는 그 지역의 환경에 대해 상대적으로 측정할 수 있는 진공을 만드는 것이 아주 힘들 것이다. 비슷하게, 지구의 깊은 바다에서는 보통보다 훨씬 높은 진공 측정이 가능하다.

* '''정역학 진공계'''

'''정역학 진공계'''는 다른 압력에 노출되어 있는 액체의 기둥으로 구성되어 있다. 그 기둥은 각각의 끝 부분의 압력 차에 의해 그 무게가 평형을 이룰 때까지 높이가 유동적으로 움직인다. 가장 간단한 예는 한 쪽이 닫혀 있는 자 모양 튜브인데 그 한 쪽 부분은 우리가 관심 있는 대상과 이어져 있다. 어떤 유체든지 사용될 수 있으나, 높은 밀도와 낮은 증기압을 가진 수은이 선호된다. 간단한 정역학 진공계는 1 torr부터 대기압 이상까지의 압력을 측정할 수 있다. 정역학 진공계의 변형 중 중요한 맥라우드 진공계는 부피를 이미 알고 있는 진공을 격리하고 액체 기둥의 높이 변화를 늘릴 수 있게 압축한다. 맥라우드 진공계는 10−6 torr (0.1 mPa)만큼 높은 진공을 측정할 수 있으며, 이 것은 현재 기술로 직접적으로 측정할 수 있는 가장 낮은 압력이다. 다른 진공계들은 더 낮은 압력도 측정할 수 있지만, 다른 압력에 의해 조절되는 성질들에 의해 간접적으로 측정할 수 있을 뿐이다. 이런 간접적인 측정은 직접적인 측정을 통해 영점조절이 돼야 하며 보통 맥라우드 진공계가 거기에 사용된다.<ref name=measure>{{서적 인용| first=Thomas G. | last=Beckwith | coauthors=Roy D. Marangoni and John H. Lienhard V | year=1993 | title=Mechanical Measurements | edition=Fifth | publisher=Addison-Wesley | location=Reading, MA | isbn=0-201-56947-7 | pages=591–595 | chapter=Measurement of Low Pressures }}</ref>

* '''기계 진공계*'''

기계진공계(Mechanical gauge) 또는 탄성압력계는 부르동 관, 격판, 또는 보통 금속으로 만들어져 있는 우리가 측정하려는 곳의 압력에 의해 모습이 바뀌는 캡슐 등에 의존한다. 이 아이디어의 변형으로 만들어진 것이 격판이 각각의 축전기를 구성하는 정전 압력계(capacitance manometer)이다. 압력의 변화는 격판에 굴곡을 형성하고 이 것은 축전기를 변화시킨다. 이 진공계들은 10+3 torr 부터 10−4 torr까지와 그 보다 더 높은 값들을 측정할 수 있다.

* '''열전도 진공계'''

열전도 진공계는 압력의 감소에 따라 기체가 열을 더 잘 전달한다는 사실에 기반한다. 이런 종류의 측정기에서는 와이어 필라멘트가 그에 흐르는 전류에 의해 가열된다. 열전대 또는 저항측온기(RTD)는 그 필라멘트의 온도를 측정하는데 사용될 수 있다. 이 온도는 필라멘트가 근처의 기체들에 열을 빼앗기는 속도에 관계되어 있기에, 결국 열전도도에 관련이 있다. 일반적인 변종(variant)은 피라니 진공계로 하나의 플라티늄 필라멘트를 가열된 원소, RTD 이 두 가지로 사용한다. 이 측정기들은 10 torr to 10−3 torr까지의 압력 하에 정확하나, 이 측정기들은 측정되는 기체의 구성성분에 의해 영향을 받는다.

* '''이온 게이지'''

이온 게이지는 초고진공에 사용된다. 이 측정기들은 열음극과 냉음극 이 두 가지 종류로 나뉘어 진다. 열음극 형태의 경우에는 전기에 의해 가열된 필라멘트가 전자 빔을 생성한다. 그 전자들은 측정기를 통과해 지나가며 근처의 기체 분자들을 이온화한다. 그 결과로 나온 이온들은 음극에 모인다. 그에 의한 전류는 이온의 개수에 비례하며, 결국 측정기 안의 압력에 비례하게 된다. 열음극 측정기는 초고진공에 사용된다.. 10−3 torr 부터 10−10 torr의 범위까지 정확하다. 냉음극 측정기의 원리도 전자들이 고압의 방전에 의해 생성된다는 것 외에 똑같다. 냉음극 측정기는 10−2 torr 부터 10−9 torr의 범위에서 정확하다. 이온화 진공 게이지의 영점 조절은 만들어진 구조, 측정되는 기체의 구성성분, 부식과 표층 퇴적물에 아주 민감하다. 이온화 진공 게이지의 영점조절은 대기압 또는 저진공의 환경에 의해 무효화될 수 있다. 고진공에서의 기체의 구성성분은 보통 예측불가능하며 그래서 질량 분석계와 이온화 진공 게이지를 같이 써야 정확한 측정이 가능하다.<ref>{{백과사전 인용| editor=Robert M. Besançon | encyclopedia=The Encyclopedia of Physics | edition=3rd | year=1990 | publisher=Van Nostrand Reinhold, New York | isbn = 0-442-00522-9 | pages = 1278–1284 | article=Vacuum Techniques}}</ref>

== 진공의 생성 사용 ==

진공은 아주 다양한 곳에 사용이 된다. 먼저 화학적 분해로부터 필라멘트를 보호하는 역할을 한다. 진공의 화학적 안정함은 [[전자 빔 용접]], [[냉 용접]], [[진공 포장]], 그리고 원 식재료의 풍미를 보존하는 [[진공 프라잉]] 등의 기술에 사용된다. 초고진공만이 원자 수준에서의 요철이 적은 표면을 만들기에 적합하기 때문에 이러한 원자수준의 기질의 연구에 주로 쓰이게 된다. 또한 고, 초고진공은 입자빔으로 물질을 제거하는 기술에서 화학적 오염을 초래하는 공기들의 화학적 효과를 막을 수 있어 이러한 기술들에 사용된다. 이런 진공 기술은 표면 과학, 반도체의 핵심적인 세 기술인, 가스를 반응관에 흐르게 하여 박막을 형성시키는 화학 증착, 기화된 금속 증기 진공에 있는 표면에 응축시켜 박막을 형성시키는 물리 증착, 반도체 표면을 진공에 있는 가스계로 부식시켜서 가공시키는 드라이 에칭에 필수 요소이다. 진공은 끓는 점을 낮추어 물질들의 기화를 촉진시키기 때문에 다량의 수분을 함유한 재료들을 쉽게 건조시킬때 사용되는 동결건조, 순수한 물질을 얻기위한 증류, 금속공학, 그리고 배기기술에 사용되고 있다. 마지막으로 진공의 전기적 성질은 전자 현미경과 진공관 양극선관에 사용이 되고, 공기저항을 없애는 효과는 빠른 속도를 요구하는 초원심분리기등에 사용되고 있다. 다음 구체적으로 소개할 기술들은 많이 쓰이는 기술들이다.

=== 사용-진공 기계 ===

진공은 보통 빨아들이는 용도로 많이 쓰인다. [[토머스 뉴커먼]]의 뉴커먼 증기 기관은 밀어내는 압력대신 빨아들이는 진공을 이용해서 피스톤을 움직이게 하였다. 또한 19세기에는 공기압력으로 추진을 받는 이섬바드 브루넬의 대기선의 실험에 사용되기도 하였다. 뿐만 아니라 공기 브레이크가 발명되기 전까지는 진공 브레이크가 영국의 기차에서 널리 쓰였다고 한다.

엔진의 연소에 의한 대기압과 엔진의 압력 차이로 생기는 매니폴드 진공은 자동차의 부품들을 작동시키는데 도움을 주기도 한다. 잘 알려진 기술에는 내연기관의 흡입관의 압력을 조절하는 진공 서보에서 생기는 부압을 브레이크에 필요한 힘으로 사용하는 것이다. 또한, 매니폴드 진공으로 와이퍼를 작동시키기도 한다.

=== 진공 생성- 진공펌프 ===

진공펌프는 진공을 이용하여 [[유체]]등을 끌어올리는 펌프를 의미한다. 진공을 만드는 방법에는 먼저 용기의 부피를 늘리는 방법이 있다. 그 예로 인체가 인위적으로 [[횡격막]]을 늘리게 되면 폐의 부피가 그에 따라 늘어나게 되어 공기가 인체 내로 유입되게 된다. 이러한 인체의 호흡과정도 진공펌프라고 볼 수 있다.