Wie viel Kraft wird benötigt, um ein Vakuum zu erzeugen?
Wenn man drei Metallblöcke übereinander hat, die seitlich von Wänden begrenzt sind (alles luftdicht)
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wie viel Kraft benötigt man, um den mittleren Block rechts zur Seite zu schieben, d.h. so dass ein absolut gasleeres Vakuum links von ihm entsteht?
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|v =|==== (v für Vakuum)
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Die Zeichnung hat nicht gut funktioniert. Im unteren "Bild" ist die rechte Wand gerade, der Metallblock ist nur durch die Wand nach rechts verschoben.
2 Antworten
Die Versuchsanordnung ist weniger relevant, maßgeblicher ist die Größe der Oberfläche des zu bewegenden 'Metallblocks'.
Auf einem Quadratmeter Erdoberfläche lastet (auf Meereshöhe) ein Luftdruck von ca. 10 Tonnen. Wenn ein solcher Metallblock also eine Oberfläche von 1 m2 hat, kommen zu der Kraft, die für die Bewegung der Metallmasse notwendig ist, ca. 10 000 kp.
Vorneweg: Ein perfektes Vakuum (0 bar) wird man nicht erreichen können.
Ansonsten: Die aufzubringende Kraft hängt in erster Linie davon ab wie hoch der Druck in dem Hohlraum gegenüber dem Außendruck ist. Hierfür müsste man sich anschauen wie gut die Metallwände den Hohlraum abdichten. Sobald du ein einigermaßen gutes Vakuum hergestellt hast, wird das äußere Medium nach wie vor den Metallblock zurück drücken. D.h. es ist kontinuierlich Arbeit zu verrichten.
Beim Aneinanderreiben der Metallblöcke lösen sich unweigerlich Teilchen ab. Bzw. vom Dichtmaterial, wenn du welches benutzt. Bereits beim Versuchsaufbau sammelt sich in den kleinsten Unebebenheiten auf der Metalloberfläche Luft an. Und virtuelle Teilchen können zugegen sein. Man kann diese Faktoren gedanklich ausschließen, aber praktisch sind sie vorhanden.
Dabei kann man in der Rechnung natürlich ruhig von 0 bar ausgehen. Dann musst du eben genau so stark auf den Metallblock drücken, wie es der Luftdruck mit etwa 1 bar auf der anderen Seite tut.
Wenn ein Kräftegleichgewicht zwischen deiner Kraft und der Kraft durch den Luftdruck besteht, musst du dann natürlich noch Kraft aufwenden um den Metallblock überhaupt zu verschieben. Hier spielt dann die Reibung der Blöcke eine Rolle.
Warum kann man das perfekte Vakuum nicht erreichen? Also bis auf die Vakuumfluktuationen. Wenn die Dichtungen optimal sind und sich kein Staub etc. auf den Metallblöcken befindet, sollte bis auf die Vakuumfluktuationen der Raum leer sein, sich also keine Atome darin befinden (außer virtuelle Teilchen).