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Piemonte
Il termine “vuoto” viene riferito alla situazione fisica che si verifica in un ambiente ove la pressione gassosa è minore di quella atmosferica.
Poiché la pressione rappresenta dimensionalmente una forza per unità di superficie, la sua unità di misura è il pascal (simbolo: Pa) che rappresenta la pressione che si ha quando la forza di un newton (simbolo: N) si esercita sull’unità di superficie, misurata in metri quadrati (simbolo: m2).
Quindi si ha:
Nel Sistema Internazionale di unità di misura (simbolo: SI), che non è solo adottato dalla comunità internazionale, ma per legge deve essere usato anche nel nostro Paese.
In pratica però si usano spesso anche unità quali il millibar (mbar) pari a 100 Pa e il mm Hg o torr, che è pari a circa 133,322 Pa ed è un’unità non coerente con il Sistema Internazionale di unità di misura ma è tollerata per misure di pressione del sangue.
A seconda che la pressione sia poco o molto inferiore a quella atmosferica (cioè 101325 Pa), i fenomeni che si verificano possono risultare assai diversi come assai di versi possono essere i mezzi per ottenere e misurare quella pressione. Di solito si distinguono diversi campi di vuoto e si dà loro una denominazione specifica in relazione a vari intervalli di pressione sub-atmosferica, come appare dalla tabella 1 di usuale denominazione di diver sui campi di vuoto.
Il vuoto può esistere in natura oppure può essere prodotto deliberatamente per determinati scopi scientifici o tecnici. Il “vuoto naturale” si ha per esempio nello spazio. E noto ormai con buona precisione che l’atmosfera lunare, per esempio, è essenzialmente costituita da gas del tipo H2, He, Ne, Ar ad una pressione totale intorno a 10-6 Pa. Nello spazio interstellare ed intergalattico la pressione diventa ancora più piccola, tanto che si preferisce parlare in termini di densità delle particelle gassose (cioè numero di atomi o molecole contenute nell’unità di volume) invece di pressione. Nello spazio interstellare, entro il nostro sistema galattico, si ha infatti una densità di particelle gassose (principalmente idrogeno) dell’ordine di un atomo in un cm3; nello spazio intergalattico questa densità è molto minore, ma non nulla, e, secondo le migliori stime, corrisponde ad un atomo di idrogeno in un m3.
Per quanto riguarda l’atmosfera terrestre è pure noto che la pressione diminuisce via via che ci si allontana dal livello del mare. La variazione della densità atmosferica con l’altezza è stata determinata con precisione grazie all’uso dei satelliti artificiali. Nella tabella 2 sono riportate la pressione (p), la densità (N), la temperatura (T), rilevate alle varie altezze (h) rispetto al livello del mare.
tabella 1
tabella 2
Per molte applicazioni il vuoto rappresenta un ambiente di lavoro ideale e talvolta indispensabile. Sotto questo aspetto, l’ambiente extraterrestre può essere considerato, teoricamente, un ottimo laboratorio. Allo stato attuale e per molte applicazioni è chiaro però che non è pensabile usare quelle zone dello spazio a “vuoto naturale” (mettilo in arancione) lavoro, anche se i grandi laboratori spaziali forse potranno aprire grandi possibilità. È necessario in pratica produrre il vuoto nei laboratori e nelle industrie che ne sono interessate, attraverso opportuni dispositivi e in determinati recipienti. È di questo ”vuoto artificiale” che si intende trattare nelle attività dell’Associazione Italiana del Vuoto.
La creazione artificiale del vuoto è un vecchio problema, ma solo negli ultimi decenni grandissimi progressi sono stati compiuti nell’ottenimento e nella misura di vuoti sempre più spinti. Oggi, si raggiungono pressioni anche inferiori a 10-10 Pa in particolari ambienti quali per esempio parti di macchine acceleratrici di particelle.
La forte spinta migliorativa è derivata non solo da esigenze puramente scientifiche ma anche da precise richieste di alcuni settori della tecnologia (come quelli relativi alla produzione dei film sottili, delle camere di simulazione spaziale, ecc.).
Le ragioni per cui si desidera produrre il vuoto sono molteplici e principalmente possono essere, a grandi linee, così riassunte:
La tecnica di produzione del vuoto si applica quindi ad un grande numero di impianti con scopi e necessità di livello di vuoto anche molto diversi come appare, a titolo d’esempio, nella tabella:
Produrre il vuoto significa asportare molecole di gas o vapore contenute in un determinato recipiente o sistema (inteso come complesso di apparecchiature e di camere nelle quali si intende produrre la condizione di vuoto). Ciò implica che, per operare consapevolmente nella tecnica del vuoto, occorre conoscere non solo il comportamento dei gas e i dispositivi per la produzione e la misura del vuoto coi loro principi di funzionamento ma anche il comportamento dei materiali strutturali usati.
La tecnica del vuoto abbraccia quindi diversi settori della scienza, oltre che della tecnica, che comprendono la teoria cinetica dei gas, i fenomeni di ionizzazione, la chimica-fisica delle superfici, il trasporto di materia nei solidi ed il moto dei gas.
