ריק

תא ואקום

הדמיה של אטום הליום וסדרי הגודל. הכתם האפור הוא ענן ההסתברות להימצאות האלקטרונים, ובמרכז בסגול גרעין האטום. רוב הנפח שאנו חשים הוא למעשה ריק.

בפיזיקה, רִיק או ואקום הוא החוסר של חומר בנפח של חלל. ריק חלקי מבוטא על ידי יחידות של לחץ. יחידת המידה ללחץ היא פסקל (Pascal) (והנכתב בקיצור Pa). ריק יכול גם להיות מבוטא על ידי שימוש ב-torr, על ידי שימוש בסקלת בברומטר, או כאחוז מהלחץ האטמוספירי על ידי שימוש ביחידת הבר.

רוב נפחו של היקום הוא ריק, וגם העצמים אותם אנו חשים כבעלי נפח, למעשה ריקים ביותר מ-13 סדרי גודל מהנפח הכולל. הסיבה לכך היא שכל אטום מורכב מאלקטרונים וגרעין האטום, התופסים נפח מזערי מכלל הנפח המוגדר באורביטלי האטום.

דרגות שונות של ריק

• לחץ אטמוספירי = 100 קילו-פסקל
• שואב אבק = בערך 40 קילו-פסקל
• משאבת ריק מכנית = בערך 1.3 פסקל
• החלל הקרוב לכדור הארץ = בערך 130 מיקרו-פסקל
• לחץ אטמוספירי על הירח = בערך 1.3 מיקרו-פסקל
• חלל בין-גלקטי = בערך 13 ננו-פסקל
• תא קריוגני לייצור ריק = 1-1.3 ננו-פסקל

יצירת ריק

כאשר יוצרים ריק חלקי, החומר בנפח שמפונה זורם בצורה שונה בלחצים שונים בהתבסס על חוקי מכניקת הזורמים. בתחילה משאבת ריק מפנה את החומר בעוד המולקולות מתנגשות ביניהן ודוחפות אחת את השנייה בצורה שנקראת זרימה צמיגה (ויסקוזית). כאשר המרחק בין המולקולות גדל, המולקולות מתנגשות עם דופן הכלי הרבה יותר מאשר עם שאר המולקולות ושאיבה של החומר היא לא יעילה יותר.

בשלב זה, המערכת נכנסת למצב שנקרא זרימה מולקולרית, כאשר המהירות של כל מולקולה היא אקראית. שיטות להוצאת החומר הנותר כוללות המרה של מולקולות הגז למצב מוצק על ידי הקפאה שלהן בשיטה שנקראת שאיבה קריוגנית או שיטה אחרת הכוללת חיבור חשמלי של המולקולות עם חומרים אחרים שנקראת שאיבה יונית.

בלחצים נמוכים מאוד הגזה של כלי הריק מתרחשת לאורך הזמן. גם כאשר ריק גבוה נוצר במכל אטום לחלוטין, אין ודאות שלחץ נמוך כלשהו ימשיך להיווצר כל עוד תהליך ההגזה נלקח בחשבון. הגזה היא לרוב חזקה יותר בטמפרטורות גבוהות. גם חומרים שלרוב לא נחשבים כספיחים יגיזו החוצה. אדי מים הוא מרכיב הגזה עיקרי גם בכלים מתכתיים קשים (כמו פלדת אל-חלד או טיטניום). הגזה יכולה להיגרע על ידי דסיסציה קודם לשאיבת הריק. בכלים המיוצרים מחומרים כמו פלדיום (שהוא סופח חמצן חזק מאוד) יש בעיות הגזה מיוחדות.

הריק הקוונטו-מכני

מכניקת הקוונטים מגלה כי גם ריק מושלם, עם לחץ מדוד של 0 מילימטר כספית הוא לא ממש ריק. סיבה אחת היא שקירות מיכל הריק קורנים אור בצורה של קרינת גוף שחור: אור נראה אם הם בטמפרטורות של אלפי מעלות צלזיוס, אור תת אדום אם הם קרים יותר. המרק הזה של פוטונים יהיו בשיווי משקל תרמודינמי עם הקירות, והריק יכול להיות בעל טמפרטורה מסוימת.

בתורת השדות הקוונטית, מצב היסוד (המצב בעל האנרגיה הנמוכה ביותר) מכונה מצב הוואקום כיוון שבמצב זה אין חלקיקים.

גם ריק תאורטי איננו באמת ריק, הוא רוחש פעילות של זוגות חלקיקים ואנטי חלקיקים שנוצרים יש מאין ומיד מאיינים זה את זה תוך פליטת אנרגיה. החלקיקים כביכול "לווים" אנרגיה מתוך הריק ומחזירים אותה בפרק זמן שמותר לפי עקרון האי-ודאות, וממוצע האנרגיה של הוואקום נשאר אפס. בגלל משך חייהם הקצר חלקיקים אלה נקראים חלקיקים וירטואליים. התופעה נקראת "תנודות קוונטיות", והיא באה לידי ביטוי באפקט קזימיר.

על פי התאוריה חלקיקים וירטואליים שנוצרו בריק היו הזרעים שמהם צמח היקום, וייתכן שאנרגיית הריק אחראית להתפשטות היקום והיא הסיבה לערך הנמדד של הקבוע הקוסמולוגי.

שימושים

נקניק סלמי ארוז באריזת ואקום.

יישומים טכנולוגיים, כלי עבודה ומעבדה שונים, דורשים לשם הפעלתם מידה מסוימת של ריק או הורדת הלחץ.

• שקיות ואקום לאחסון מהן נשאב האוויר עד למידת האפשר, על מנת לצמצם את נפח האריזה או השקית.
• שימור מזון באריזת ואקום, בדר"כ לשם מניעת חמצון האוכל.
• בישול סו-וויד היא שיטת בישול מזון המתבצעת על ידי אטימתו בשקית פלסטיק ריקה מאוויר.
• במנורת ליבון יש ריק על מנת שחוט הלהט לא יגיב עם חמצן האוויר, ויישרף מהר.
• מתקני הדמיה של ריק, למשל בסוכנויות חלל, משמשים לבדיקה של הלווין, הגשושית, והמכשור בטרם יישלח לחלל.
• בתוך מאיץ חלקיקים יש ואקום, על מנת למנוע התנגשויות של קרן הפגיעה, עם אטומים אקראיים במתקן ההאצה.
• מתקני היתוך גרעיני כמו טוקמאק, יוצרים ואקום, לפני שמכניסים לטבעת הפלזמה את גז המימן.

במקרים מסוימים בהם הריק מתבקש לשם אי חימצון, ניתן להחליף בגז אינרטי או גז אציל את תנאי הריק.

ראו גם

• חלל
• משאבת ואקום
• לחץ
• משאבה
• רכבת ריק
• חצאי הכדור של מגדבורג
• שחור

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ריק בוויקישיתוף

• מגזין מדע וטכנולוגיה של ריק
• ריק, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• ריק, דף שער בספרייה הלאומית