Áp suất chân không là gì? Công thức tính áp suất chân không

Áp suất chân không là một khái niệm quan trọng, đặc biệt trong các ngành như sản xuất, y tế, điện tử hay nghiên cứu khoa học. Việc hiểu rõ áp suất chân không là gì, các đơn vị đo và ứng dụng thực tế sẽ giúp tối ưu hiệu suất hệ thống và kiểm soát môi trường làm việc chính xác hơn. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn có cái nhìn chính xác nhất về áp suất chân không, cùng tìm hiểu ngay nhé. 

1. Áp suất chân không là gì?

Áp suất chân không là gì?

• Áp suất chân không là áp suất của một môi trường có mật độ phân tử thấp hơn áp suất khí quyển tiêu chuẩn. Hiểu một cách đơn giản, chân không là trạng thái không gian gần như không có vật chất, và áp suất chân không là thước đo mức độ “trống rỗng” của môi trường đó.
• Áp suất chân không luôn nhỏ hơn áp suất khí quyển (khoảng 101.325 Pa ở mực nước biển). Khi áp suất trong một hệ thống giảm xuống dưới mức áp suất khí quyển, ta nói hệ thống đó đang ở trong trạng thái chân không. Càng ít phân tử không khí hoặc chất khí, áp suất càng thấp và độ chân không càng cao.

2. Đơn vị đo áp suất chân không

Hiện nay, mức độ chân không thường được hiển thị bằng đơn vị đo Torr hoặc Pascal (Pa) – đơn vị chuẩn trong hệ SI. Bên cạnh đó, còn có nhiều đơn vị đo áp suất chân không khác cũng được sử dụng tùy theo lĩnh vực và tiêu chuẩn kỹ thuật.

Bạn có thể tham khảo bảng quy đổi dưới đây để dễ dàng so sánh và chuyển đổi giữa các đơn vị.

Đơn vị đo áp suất chân không

3. Công cụ đo áp suất chân không

Công cụ đo áp suất chân không

Để đo được áp suất chân không một cách chính xác, người ta sử dụng các thiết bị chuyên dụng gọi là vacuum gauge (đồng hồ đo chân không). 

Có nhiều loại đồng hồ đo áp suất chân không tùy vào dải áp suất cần đo, ví dụ như:

• Đồng hồ áp suất dạng cơ thông thường hay đồng hồ ống Bourdon: dùng cho dải chân không thấp.
• Đồng hồ màng: sử dụng cho môi chất có chứa nhiều tạp chất, độ nhớt cao và đặc tính kết dính.
• Đồng hồ đo áp suất điện tử: hiển thị trên màn hình điện tử, đem lại chân không độ chính xác cao
• Đồng hồ đo áp suất tiếp điểm điện: có khả năng truyền tín hiệu điện và hiển thị thông số kỹ thuật cơ học 

4. Công thức tính áp suất chân không

Áp suất chân không được tính dựa trên sự chênh lệch giữa áp suất khí quyển và áp suất tuyệt đối bên trong không gian được hút.

Công thức cơ bản:

Pvac = Patm – Pabs

Trong đó:

• Pvac: Áp suất chân không (vacuum pressure)
• Patm: Áp suất khí quyển (thường lấy 101,325 kPa ở mực nước biển)
• Pabs: Áp suất tuyệt đối bên trong buồng bơm

Ví dụ:

Nếu áp suất tuyệt đối trong buồng bơm là 20 kPa và áp suất khí quyển là 101,325 kPa thì:
Pvac = 101,325 – 20 = 81,325 kPa

Ngoài ra, áp suất chân không đôi khi được biểu thị theo độ chân không (%):

Độ chân không (%) = (Patm – Pabs) / Patm × 100

5. Các loại môi trường chân không

Dưới đây là một số loại môi trường chân không phổ biến nhất: 

• Atmospheric Pressure (Áp suất khí quyển): Đây là mức áp suất tiêu chuẩn trong điều kiện bình thường tại mực nước biển, tương đương khoảng 760 Torr.
• Low Vacuum (Chân không thấp): Còn gọi là chân không thô, thường xuất hiện trong các thiết bị đơn giản như máy hút bụi hoặc áp kế dạng cột chất lỏng. Mức áp suất trong phạm vi này vẫn còn tương đối gần với áp suất khí quyển.
• Medium Vacuum (Chân không trung bình): Có thể đạt được bằng một máy bơm hút chân không đơn lẻ. Tuy nhiên, mức áp suất này vẫn còn thấp đến mức không thể đo bằng áp kế thông thường, mà phải sử dụng các thiết bị chuyên dụng như đồng hồ McLeod, cảm biến nhiệt hoặc cảm biến điện dung.
• High Vacuum (Chân không cao): Yêu cầu hệ thống bơm nhiều giai đoạn để đạt được môi trường có áp suất cực thấp. Việc đo lường thường dựa vào thiết bị phát hiện ion, do mức áp suất đã vượt khỏi khả năng của các cảm biến cơ học thông thường.
• Ultra High Vacuum (Chân không siêu cao): Đây là cấp độ chân không đạt được khi áp suất cực kỳ thấp, yêu cầu môi trường phải được xử lý nghiêm ngặt, chẳng hạn như nung nóng khoang chân không để loại bỏ triệt để các phân tử khí hấp phụ trên bề mặt vật liệu. Theo tiêu chuẩn của Anh và Đức, ngưỡng áp suất để được xem là chân không siêu cao phải thấp hơn 10⁻⁶ Pa (tương đương 10⁻⁸ Torr), và đòi hỏi hệ thống bơm cùng thiết bị đo lường có độ chính xác và độ sạch tuyệt đối.
• Perfect Vacuum (Chân không tuyệt đối): Đây là trạng thái lý tưởng khi trong không gian không tồn tại bất kỳ hạt vật chất nào – tức áp suất bằng 0 Torr hoặc 0 kPa. 

6. Ứng dụng áp suất chân không trong sinh hoạt, sản xuất

Ứng dụng áp suất chân không trong sinh hoạt, sản xuất

Áp suất chân không được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ đời sống thường ngày đến công nghệ kỹ thuật cao như:

• Đóng gói thực phẩm: hút chân không giúp kéo dài thời hạn bảo quản bằng cách ngăn oxy và vi khuẩn tiếp xúc với thực phẩm.
• Lọc nước, hệ thống HVAC: loại bỏ khí không mong muốn trong hệ thống đường ống.
• Y tế: trong phòng mổ và thiết bị hút dịch.
• Công nghiệp điện tử: sản xuất linh kiện bán dẫn cần môi trường chân không cao để ngăn bụi và phản ứng hóa học không mong muốn.
• Nghiên cứu khoa học: mô phỏng môi trường ngoài không gian hoặc tiến hành các phản ứng đặc biệt.
• Sản xuất năng lượng: hệ thống bơm nhiệt, làm mát động cơ.

7. Một số câu hỏi về áp suất chân không

7.1 Áp suất chân không tương đối là gì?

Áp suất chân không tương đối là hệ quy chiếu chân không, cụ thể: 

• Hiển thị 0 đạt mức áp suất khí quyển tiêu chuẩn
• Hiển thị giá trị dương là áp suất khí nén
• Hiển thị giá trị âm là áp suất chân không

7.2 Áp suất chân không tuyệt đối là gì?

Áp suất chân không tuyệt đối là hệ quy chiếu đo mức áp suất chân không, cụ thể:

• Hiển thị giá trị 0 tương ứng với chân không tuyệt đối, nơi hoàn toàn không tồn tại phân tử không khí hay vật chất nào
• Hiển thị giá trị dương khi có xuất hiện phân tử không khí. Mật độ khí càng cao thì áp suất đo được càng lớn.

Lưu ý: Trong hệ đo áp suất chân không tuyệt đối, không tồn tại giá trị âm, vì chân không tuyệt đối là ngưỡng thấp nhất có thể đạt được.

7.3 Áp suất chân không có âm không?

Không. Áp suất tuyệt đối không bao giờ là số âm, bởi vì bạn không thể có ít hơn “không phân tử”. Tuy nhiên, khi đo áp suất tương đối (so với khí quyển), kết quả có thể là số âm nếu áp suất bên trong thấp hơn khí quyển – nhưng đó là số âm tương đối, không phải giá trị tuyệt đối.

7.4 Môi trường áp suất chân không có nhiệt độ là bao nhiêu?

Không có nhiệt độ cố định cho môi trường chân không, bởi vì nhiệt độ phụ thuộc vào năng lượng của các phân tử. Trong chân không sâu ngoài vũ trụ, nhiệt độ có thể xuống đến 2.7 Kelvin (~ -270.45°C). Tuy nhiên, trong hệ thống kỹ thuật, nhiệt độ môi trường chân không có thể được kiểm soát tùy mục đích sử dụng.

7.5 Điểm khác nhau giữa áp suất chân không và áp suất khí quyển?

• Áp suất khí quyển: là lực mà không khí tác động lên một đơn vị diện tích tại bề mặt Trái đất (~101.325 Pa).
• Áp suất chân không: là mức áp suất dưới áp suất khí quyển.

Sự khác biệt chính là: áp suất khí quyển cao hơn và luôn dương, trong khi áp suất chân không càng thấp thì càng gần về 0 Pa.

Trên đây, chúng tôi đã đưa ra các thông tin giúp bạn trả lời được câu hỏi áp suất chân không là gì và các nội dung liên quan tới áp suất chân không. Mong rằng, với những nội dung chúng tôi cung cấp sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình sản xuất, nghiên cứu khoa học…