Hampagas

Hampagas atau vakum merujuk kepada isipadu ruang yang pada asasnya kosong dari jirim, sehinggakan tekanan gasnya lebih rendah berbanding tekanan atmosfera.^[1]

Konsep ini telah banyak dihujahkan secara berfalsafahnya sejak zaman Yunani Purba lagi, namun ia tidaklah dikaji secara empirikalnya sehingga abad ke-17, apabila seorang ahli fizik Itali bernama Evangelista Torricelli menghasilkan vakum pertama buatan makmal pada tahun 1643 berdasarkan teori-teorinya mengenai tekanan atmosfera, Vakum buatan pertama ini - secara terperincinya dikenali sebagai vakum (atau hampagas) torricelli, torricellian vacuum - dihasilkan dengan mengisi sebuah bekas kaca tinggi yang tertutup pada satu hujungnya dengan raksa, lalu bekas ini diterbalikkan untuk menangkap isi raksa tersebut.^[2]

Etimologi

Vakum merupakan pinjaman bahasa Inggeris vacuum yang sendirinya merupakan istilah bahasa Latin yang bermaksud "ruang kosong" atau "rongga" daripada kata akar vacuus (kosong) serta kata kerja vacare ("jadi kosong").

Di angkasa lepas

Angkasa lepas memiliki tekanan dan isipadu yang amat rendah, dan menghampiri anggaran fizikal dengan hampagas sempurna. Ia memiliki hampir tiada geseran, membenarkan bintang, plnet, dan bulan untuk brgerak secara bebas sepanjang laluan graviti ideal. Tetapi tiada hampagas benar-benr sempurna, walaupun di angkasa lepas, kerana masih terdapat sedikit atom hidrogen bagi setiap sentimeter persegi.

Bintang, planet dan bulan mengekalkan atmosfera melalui tarikan graviti, dan dengan itu, atmosfera adalah jelas tidak memiliki garis sempadan yang tepat: kepadatan gas atmosfera hanya menurun berkadar dengan jarak dari objek. Tekanan atmosfera Bumi menurun sekitar 1 Pa (10⁻³ Torr) setiap altitud 100 km,^[3] di mana garisan Kármán merupakan takrifan biasa bagi sempadan dengan ruang angkasa. Apabila batasa ini dilampaui, tekanan gas isotropik dengan pantas menjadi boleh diabaikan berbanding dengan tekanan radiasi dari matahari dan tekanan dinamik oleh angin suria, dengan itu takrifan tekanan menjadi sukar untuk dikenal pasti. Termosfera dalam julat ini memiliki cerun besar bagi tekanan, suhu, dan komposisi, dan jauh berbeza akibat cuaca angkasa. Astrofizik cenderung menggunakan nombor kepadatan bagi menggambarkan persekitaran ini, dalam unit zarah setiap sentimeter padu.

Sungguhpun takrifan angkasa lepas dicapai, kepadatan atmosfera dalam beberapa ratus kilometer pertama melepasi garis Kármán masih mencukupi untuk menghasilkan seretan besar pada satelit. Kebanyakan satelit buatan beroperasi dalam kawasan ini yang dikenali sebagai orbit bumi rendah dan perlu menghidupkan enjin sekali sekala bagi mengekalkan orbit. Seretan ini cukup rendah sehingakan ia secara teori mampu melepasi tekanan radiasi pada layar suria, sistem tujahan cadangan bagi pengembaraan antaraplanet. Planet yang terlalu besar bagi lalan mereka trjejas bagi kuasa ini, sungguhpun atmosferanya terlalu terhakis oleh angin suria.

Kesemua alam semesta yang dapat dilihat diisi dengan sejumlah besar proton, apa yang dikenali sebagai radiasi latar kosmik, dan kemungkinannya sejumlah besar neutrino yang sama. Suhu semasa radiasi ini adalah sekitar 3 K, atau -270 darjah Celsius atau -454 darjah Fahrenheit.

Kegunaan

Hampagas berguna bagi beberapa proses dan peranti. Penggunaan secara meluas pertama kali adalah bagi mentol lampu pijar bagi melindungi filament daripada penguraian kimia. Inersia kimia yang terhasil oleh hampagas juga berguna bagi pengimpalan sinar elektron, pengimpalan dingin, pembungkusan hampagas dan pengoreng hampagas. Hampagas amat tinggi digunakan dalam kajian substrate atomik, kerana hanya hampagas sangat baik mengekalkan permukaan bersih skala atomik bagi tempoh masa yang agak lama (dalam jangka masa minit hingga beberapa hari). Hampagas tinggi hingga amat tinggi menghapuskan halangan udara, membenarkan pancaran zarah untuk meletakkan atau menghilangkan bahan tanpa pencemaran. Ini merupakan prinsip bagi pemendakan wap kimia ("chemical vapor deposition"), pemendakan wap fizikal ("physical vapor deposition"), dan ukiran kering ("dry etching") yang amat penting bagi penghasilan semikonduktor dan selaput optik, dan bagi sains permukaan. Pengurangan kitaran ("convection") udara memberikan perlindungan haba bagi botol thermos. Hampagas tinggi menggalakkan penyingkiran gas "outgassing" yang digunakan dalam pengeringan beku ("freeze drying"), penyediaan pelekat, penyulingan hampagas, penghasilan logam ("metallurgy"), dan proses penyingkiran("process purging"). Ciri-ciri eletrik hampagas memungkinkan mikroskop elektron dan tiub hampagas, termasuk tiub pancaran katod. Penyingkiran geseran udara berguna bagi penyimpanan tenaga flywheel dan emparan lampau ("ultracentrifuge").

Mesin pemancu hamapagas

Hampagas biasanya digunakan bagi menghasilkan sedutan, turut memiliki penggunaan lebih meluas. Enjin wap Newcomen menggunakan hampagas dan bukannya tekanan bagi memancu piston. Pada abad ke-19, hampagas digunakan sebagai geseran bagi ujikaji landasan atmosfera Isambard Kingdom Brunel. Brek hampagas pernah digunakan secara meluas bagi kereta api di UK tetapi kini, ia telah digantikan dengan brek udara kereta api kecuali di laluan warisan.

Kesan pada manusia dan haiwan

Manusia dan haiwan yang terdedah kepada hampagas akan pengsan selepas beberapa saat dan boleh mati akibat hipoksia dalam tempoh beberapa minit, tetapi gejala-gejala yang membawa kepada keadaan tersebut tampak tidak jelas sebagaimana yang digambarkan secara amnya. Darah dan cecair badan yang lain akan mendidih apabila tekanan menurun di bawah 6.3 kPa (47 Torr), yakni nilai tekanan wap bagi air pada suhu badan;^[4] keadaan ini dikenali sebagai ebulisme. Kuasa daripada gas dalam badan barangkali boleh mengembungkan tubuh dua kali saiz badan asal, namun tisu mempunyai keanjalan yang cukup kuat serta mempunyai liang bagi menghalangnya dari pecah.^[5] Ebulisme ini pula masih diperlahankan oleh tekanan kekangan salur darah, maka dengan itu sebahagian darah kekal cair.^[6]

Sebuah eksperimen yang dilankan ada menunjukkan bahawa tumbuh-tumbuhan boleh hidup dalam persekitaran bertekanan rencah (sebanyak 1.5 kPa) selama 30 minit.^[7]^[8]

Nota

^ Chambers, Austin (2004). Modern Vacuum Physics. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-2438-6. OCLC 55000526.
^ How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, February 1919, Unnumbered page. Bonnier Corporation
^ Squire, Tom (27 September 2000). "Thermal Protection Systems Expert and Material Properties Database". U.S. Standard Atmosphere. NASA. Diarkibkan daripada yang asal pada 15 Oktober 2011. Dicapai pada 23 Oktober 2011 Unknown parameter |deadurl= ignored (bantuan); Check date values in: |year= / |date= tidak padan (bantuan)CS1 maint: postscript (link)
^ Harding, Richard M. (1989). Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight. London: Routledge. ISBN 0-415-00253-2. OCLC 18744945..
^ Billings, Charles E. (1973). "Chapter 1: Barometric Pressure". Dalam Parker, James F.; West, Vita R. (penyunting). Bioastronautics Data Book (ed. kedua). NASA. m/s. 5. NASA SP-3006. Dicapai pada 23 September 2012. "33.1 MB". Missing or empty |url= (bantuan)33.1 MB
^ "Human Exposure to Vacuum". Dicapai pada 2006-03-25.
^ Wheeler, R.M.; Wehkamp, C.A.; Stasiak, M.A.; Dixon, M.A.; Rygalov, V.Y. (2011). "Plants survive rapid decompression: Implications for bioregenerative life support". Advances in Space Research. 47 (9): 1600–7. Bibcode:2011AdSpR..47.1600W. doi:10.1016/j.asr.2010.12.017.
^ Ferl, RJ; Schuerger, AC; Paul, AL; Gurley, WB; Corey, K; Bucklin, R (2002). "Plant adaptation to low atmospheric pressures: Potential molecular responses". Life Support & Biosphere Science. 8 (2): 93–101. PMID 11987308.

Pautan luar

Vacuums Online Diarkibkan 2010-05-15 di Wayback Machine
Video mengenai sifat vakum oleh Doctor P, seorang ahli astrofizik Kanada
The Foundations of Vacuum Coating Technology Diarkibkan 2008-02-16 di Wayback Machine
American Vacuum Society
Journal of Vacuum Science and Technology A
Journal of Vacuum Science and Technology B
FAQ on explosive decompression and vacuum exposure.
Perbincangan mengenai kesan pendedahan vakum keras terhadap tubuh badan manusia
Vacuum Energy in High Energy Physics
Vacuum, Production of Space
"Much Ado About Nothing" oleh Prof, John D. Barrow dari Kolej Gresham
Salinan PDF percuma The Structured Vacuum - thinking about nothing nukilan Johann Rafelski dan Berndt Muller (1985), ISBN 3-87144-889-3.

[chambers-1] Chambers, Austin (2004). Modern Vacuum Physics. Boca Raton: CRC Press. ISBN 0-8493-2438-6. OCLC 55000526.

[2] How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, February 1919, Unnumbered page. Bonnier Corporation

[squire2000-3] Squire, Tom (27 September 2000). "Thermal Protection Systems Expert and Material Properties Database". U.S. Standard Atmosphere. NASA. Diarkibkan daripada yang asal pada 15 Oktober 2011. Dicapai pada 23 Oktober 2011 Unknown parameter |deadurl= ignored (bantuan); Check date values in: |year= / |date= tidak padan (bantuan)CS1 maint: postscript (link)

[harding-4] Harding, Richard M. (1989). Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight. London: Routledge. ISBN 0-415-00253-2. OCLC 18744945..

[NASA_Bio_Data_Book-5] Billings, Charles E. (1973). "Chapter 1: Barometric Pressure". Dalam Parker, James F.; West, Vita R. (penyunting). Bioastronautics Data Book (ed. kedua). NASA. m/s. 5. NASA SP-3006. Dicapai pada 23 September 2012. "33.1 MB". Missing or empty |url= (bantuan)33.1 MB

[6] "Human Exposure to Vacuum". Dicapai pada 2006-03-25.

[7] Wheeler, R.M.; Wehkamp, C.A.; Stasiak, M.A.; Dixon, M.A.; Rygalov, V.Y. (2011). "Plants survive rapid decompression: Implications for bioregenerative life support". Advances in Space Research. 47 (9): 1600–7. Bibcode:2011AdSpR..47.1600W. doi:10.1016/j.asr.2010.12.017.

[8] Ferl, RJ; Schuerger, AC; Paul, AL; Gurley, WB; Corey, K; Bucklin, R (2002). "Plant adaptation to low atmospheric pressures: Potential molecular responses". Life Support & Biosphere Science. 8 (2): 93–101. PMID 11987308.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]