Tìm hiểu thế nào là chân không? Chân không trong điện tử học

1. Thế nào là chân không?

Khía nhiệm chân không, trong lý thuyết cổ điển là không gian không chứa vật chất. Như vậy chân không có thể tích khác không và khối lượng bằng không. Do không có vật chất bên trong, chân không là nơi không có áp suất.

Chân không và lịch sử phát triển

Một số lý thuyết lượng tử cho biết khái niệm chân không theo nghĩa cổ điển không tồn tại, do vi phạm nguyên lý bất định. Chân không, theo các lý thuyết này, luôn có sự dao động khối lượng (và do đó năng lượng) nhỏ. Điều này nghĩa là, ở một thời điểm nào đó, luôn có thể xuất hiện một cách ngẫu nhiên các hạt có năng lượng dương và một thời điểm khác hạt này biến mất. Các hạt ngẫu nhiên xuất hiện trong chân không tạo ra một áp suất gọi là áp suất lượng tử chân không. Các thí nghiệm đo đạc áp suất này sẽ giúp khẳng định độ chính xác của các lý thuyết lượng tử về chân không.

Trong thực tế, không có nơi nào trong vũ trụ quan sát được tồn tại chân không hoàn hảo như lý thuyết. Các thí nghiệm và các ứng dụng thực tế có thể tạo ra các không gian chứa ít vật chất và có áp suất thấp. Những không gian này cũng hay được gọi là chân không trong kỹ thuật, như khi nói về máy bơm chân không, tùy theo quy ước về giới hạn áp suất thấp. Như vậy, chân không được hiểu là khoảng không-thời gian cụ thể có mật độ vật chất thấp và/hoặc rất thấp. Lưu ý, khái niệm thấp và rất thấp ở đây được hiểu một cách tương đối...

Trang thái chân không, do đó, hiểu là trạng thái có áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển trung bình chuẩn, và được chia thành:

- Chân không thấp (p>100Pa)

- Chân không trung bình (100Pa>p>0.1Pa)

- Chân không cao (0.1Pa>p>10−5Pa)

- Chân không siêu cao (p<10−5Pa)

Nói chung, nơi có điều kiện gần với chân không nhất là khoảng không giữa các thiên thể hoặc khoảng không ở ngoài rìa vũ trụ  cách trung tâm vụ nổ big bang hơn 15 tỷ năm ánh sáng

Hạt photon của ánh sáng và bức xạ điện từ được cho là di chuyển trong chân không, đúng hơn là trong không gian không có vật chất nào ngoài hạt này, với tốc độ không đổi và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, thường được gọi là tốc độ ánh sáng

Môi trường chân không

2. Chân không trong điện từ học

Trong điện từ học cổ điển, chân không của môi trường tự do, hay môi trường tự do hay chân không hoàn hảo, là một môi trường tham chiếu chuẩn cho các hiệu ứng điện từ. Một vài tác giả xem môi trường tham chiếu này là chân không cổ điển, một thuật ngữ có khuynh hướng để phân biệt với chân không QED hay chân không QCD, nơi mà sự dao động chân không có thể tạo ra mật độ hạt ảo tức thời và hằng số điện môi và độ thấm tương đối không giống nhau.

Trong lý thuyết điện từ học cổ điển, môi trường tự do có các tính chất sau:

Bức xạ điện từ truyền qua mà không bị cản trở với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng 299.792,458 m/s theo đơn vị SI.

Các nguyên tắc chồng chất điện từ hoàn toàn chính xác.

Điện môi và thấm điện chính là hằng số điện môi vá hằng số từ lần lượt

Trở kháng (η) bằng trở kháng của môi trường chân không Z0 ≈ 376.73 Ω.

Chân không trong điện từ

Chân không của điện từ học cổ điển có thể được xem xét là môi trường điện từ lý tưởng với quan hệ trong hệ SI dược biểu diễn