پمپ خلأ: وسیله‌ای برای کاهش فشار هوا داخل یک محفظه

پمپ خلأ: موتورهای تخلیهٔ هوا

خلأ چیست و چرا به پمپ نیاز داریم؟

هوای اطراف ما، از مولکول‌های گازی تشکیل شده که دائماً در حال حرکت و برخورد با یکدیگر و با سطح اجسام هستند. این برخوردها باعث ایجاد نیرویی به نام فشار هوا³ می‌شوند. وقتی تعداد مولکول‌ها در یک فضای بسته کم شود، فشار هوا نیز کاهش می‌یابد و به شرایط خلأ نسبی می‌رسیم.

ایجاد خلأ کاربردهای بسیار مهمی دارد. برای مثال، برای بسته‌بندی مواد غذایی به صورت تحت خلأ، ابتدا باید هوای داخل بسته خارج شود تا باکتری‌ها نتوانند رشد کنند و غذا تازه بماند. اما طبیعت به طور خودکار هوا را خالی نمی‌کند! اینجا است که نقش پمپ خلأ پررنگ می‌شود. پمپ خلأ مانند یک موتور مکش عمل می‌کند و مولکول‌های هوا را از محفظهٔ مورد نظر بیرون می‌کشد.

پمپ خلأ چگونه کار می‌کند؟ (سه مدل اصلی)

پمپ‌های خلأ بر اساس روش بیرون راندن مولکول‌های هوا، به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در اینجا سه نوع رایج را با مثالی ساده بررسی می‌کنیم:

۱. پمپ‌های جابجایی مثبت: مانند یک سرنگ غول‌پیکر عمل می‌کنند. یک پیستون یا دیافراگم، حجمی از محفظه را افزایش می‌دهد و هوا را به داخل می‌مکد، سپس با برگشت پیستون، هوا را از دریچه‌ای دیگر به بیرون می‌فرستد. این کار پشت سر هم تکرار می‌شود.

۲. پمپ‌های توربومولکولی: این پمپ‌ها از یک پروانه با سرعت بسیار بالا (مثلاً 10000 دور در دقیقه!) استفاده می‌کنند. مولکول‌های هوا با برخورد به پره‌های در حال چرخش، شتاب گرفته و مانند توپی که با راکت تنیس زده می‌شود، به سمت خروجی پمپ رانده می‌شوند.

۳. پمپ‌های تزریق (ایجکتور): از یک جت سریع آب یا بخار برای به دام انداختن و خارج کردن مولکول‌های هوا استفاده می‌کنند. شبیه به وقتی که یک سیفون دستشویی را می‌کشید، جریان آب سریع، هوا را با خود می‌کشد و خلأ جزئی ایجاد می‌کند.

پمپ خلأ کجای زندگی ما است؟ (از آشپزخانه تا بیمارستان)

شاید فکر کنید پمپ خلأ فقط در آزمایشگاه‌های پیشرفته کاربرد دارد، اما اشتباه است! این وسیله به شکل‌های مختلف در اطراف ما حضور دارد:

آشپزخانه: دستگاه‌های بسته‌بندی خانگی تحت خلأ، با خارج کردن هوا از دور مواد غذایی، عمر آن‌ها را چندین برابر می‌کنند. دستگاه قهوه‌ساز اسپرسو نیز از یک پمپ خلأ کوچک برای ایجاد فشار بالا و دم‌آوری قهوه استفاده می‌کند.

بهداشت و درمان: در دندانپزشکی، از پمپ خلأ برای مکش بزاق و ذرات هنگام درمان استفاده می‌شود. همچنین بسیاری از دستگاه‌های جراحی برای کنترل مایعات بدن از سیستم‌های خلأ بهره می‌برند.

صنعت: در ساخت لامپ‌های ال‌ای‌دی، تلویزیون و حتی پنجره‌های دو جداره، برای تخلیهٔ هوای بین شیشه‌ها از پمپ خلأ استفاده می‌شود تا عایق حرارتی و صوتی بهتری ایجاد شود.

مثال عینی: فکر کنید می‌خواهید نوشابه را با نی بنوشید. وقتی هوا را از ریه‌های خود خارج می‌کنید (عمل بازدم)، در دهان خود یک فضای کم‌فشار (خلأ جزئی) ایجاد می‌کنید. فشار هوای بالای نوشابه در لیوان، مایع را به سمت فضای کم‌فشار (دهان شما) می‌راند. پمپ خلأ دقیقاً همین کار را انجام می‌دهد، اما به صورت مکانیکی و قدرتمندتر.

پرسش‌های مهم و باورهای نادرست

پاورقی

¹ خلأ (Vacuum): فضایی با فشار گازی بسیار پایین‌تر از فشار اتمسفر.
² پمپ خلأ (Vacuum Pump): وسیله‌ای مکانیکی برای ایجاد خلأ نسبی با خارج کردن مولکول‌های گاز از یک محفظه بسته.
³ فشار هوا (Atmospheric Pressure): نیروی وارد بر واحد سطح ناشی از برخورد مولکول‌های هوا.
⁴ اتمسفر (Atmosphere - atm): یکای فشار که تقریباً برابر با فشار هوا در سطح دریای آزاد است.
⁵ خلأ مطلق (Absolute Vacuum): حالت نظری یک فضای کاملاً تهی از هرگونه ماده.