真空容器中能剩下的空气分子大概有多少?

时间:2023-11-15 04:09:01

【题】假如用最好的空气泵从1升的容器中抽取空气,那么该容器中能剩下的空气分子大概有多少?假如每人分得一个空气分子,那么这些空气分子足够分配给全莫斯科的人口吗?

真空容器中能剩下的空气分子大概有多少?

【解】你能够猜出在1升容器中压强为原来一千亿倍的空气分子数量是多少吗?确实,我们不经过计算很难猜出一个近似值。下面我们来计算一下。

1立方厘米在一个标准大气压下,空气中分子的数量为

27 000 000 000 000 000 000=27×1018

由此可知1升空气中分子的数量就是它的1000倍,即

27×1021

空气分子数量在压强为原来的一千亿倍时就为

27×1021:1011=27×1010

相比地球的人口来说,这个数字是它的40倍!

对这个真空容器中分子的化学成分,我们感到很有兴趣。具体如下:

200 000 000 000.......... 分子 ...........氮

65 000 000 000............ 分子 ...........氧

3 000 000 000.............. 分子 ...........氩

450 000 000................. 分子 ...........二氧化碳

3 000 00....................... 分子 ...........氖

20 000.......................... 分子 ...........氪

3 000............................ 分子 ...........氙

真是奇怪,为什么我们经常将数量如此之多成分如此复杂的分子叫作“真空”呢?

假设将这些真空分子平均分配给每位莫斯科市民,那么约有5万个氮分子、1.5万个氧分子、700个氩分子、100个二氧化碳分子和1个氖分子分给每个人。

在宇宙中,这种想象的真空起着重要的作用。例如,相比我们实验室来说,猎户星座星云上物质的压强就是它完全“真空”气体的一百万倍。但是一些足以构成几十个太阳的物质就被这个天体的“超真空”所包含,因为它太庞大了。这个观念——“某些物质是另外一些物质的百万分之一”是宇宙结构最初形成的原因,一些天体随着太阳系的诞生也开始了自己漫长的进化过程。

在真空中每立方厘米包含有10个氢原子的物质——这是埃丁格顿计算出的。如果宇宙中有一个球体,半径为10光年,那么这个球体上就存在数量足以形成30个太阳的星际物质;同时也可能有好几个星体存在于这个庞然大物附近。相比所有能观测到的宇宙星体来说,星际空间的“真空”物质是它的3倍。所以说,我们所谓的宇宙空间也不是绝对真空。