Para o baleiro en astronomía, véxase baleiro miniatura|300px|Bomba de baleiro En física clásica, o concepto de baleiro aplícase nun espazo sen aire ou outros fluídos e, en xeral, que carece de calquera tipo de materia, pero no cal se poden propagar os campos. Aínda así, en física relativista e en física cuántica, o concepto de baleiro non se corresponde co nada.
Na práctica, o "baleiro absoluto", a carencia total de materia, é imposible conseguir de maneira estrita. Os físicos discuten a miúdo os resultados de experimentos ideais en condicións de baleiro absoluto, pero utilizan o termo de "baleiro parcial" cando se refiren ás condicións reais que poden ser logradas nos laboratorios ou coas diferentes máquinas que permiten conseguir o baleiro. Tamén se utiliza o termo latino in vacuo para describir un obxecto que está no baleiro.
A cualidade do baleiro dependerá de canto se achega a un "baleiro absoluto"; nun "baleiro parcial", as poucas partículas que restan exercen unha determinada presión sobre as paredes do recipiente que as comprenden, por iso o baleiro parcial exprésase en unidades de presión e a miúdo compárase coa presión atmosférica normal (a presión que exerce a atmosfera a nivel do mar). A presión é unha maneira de medir en que grao se conseguiu crear o baleiro nun recipiente, é unha medida da cualidade do baleiro logrado. A unidade de presión do sistema internacional é o pascal (Pa), pero ás veces tamén pode ser expresada como porcentaxes da presión atmosférica en bares ou atm (atmosferas). Por exemplo, unha aspiradora produce suficiente succión como para reducir a presión de aire ao redor do 20%. Pero pódense lograr mellores cualidades de baleiro; así, fálase de baleiro elevado e de ultrabaleiro (UHV, das siglas inglesas de Ultra high vacuum); as cámaras de ultrabaleiro, habituais en química, física e enxeñaría, operan por baixo dunha bilionésima (10−12) da presión atmosférica, e poden chegar a aproximadamente 100 partículas/cm3. O espazo exterior é un baleiro de máis cualidade aínda; equivale a uns poucos átomos de hidróxeno por metro cúbico de media. Esta fonte estima unha densidade de para o Grupo Local. Unha unidade de masa atómica é , ao redor de 40 átomos por metro cúbico. Con todo, mesmo se todos os átomos e partículas puidesen ser sacados dun volume determinado, deixaría de ser "baleiro" debido ás flutuacións do baleiro debidas ás partículas virtuais, á enerxía escura e a outros fenómenos da física cuántica.
O baleiro foi un tema frecuente da filosofía desde a antiga Grecia, pero non foi estudado empiricamente ata o século XVII. Evangelista Torricelli creou o baleiro nun laboratorio por primeira vez en 1643; a partir das súas teorías sobre a presión atmosférica, desenvolvéronse algunhas técnicas experimentais. O baleiro volveuse unha valiosa ferramenta industrial durante o século XX coa introdución da lámpada incandescente, a válvula de baleiro, o tubo de raios catódicos da televisión e unha variada gama de tecnoloxía que utilizaba o baleiro. O desenvolvemento recente dos voos espaciais tripulados espertou interese sobre o impacto do baleiro sobre a saúde humana e sobre a vida en xeral.
Aplicacións do baleiro
O baleiro é útil nunha gran variedade de procesos e dispositivos; a xeneralización do seu uso chegou coa lámpada incandescente para protexer o filamento da degradación química. A inercia química producida polo baleiro tamén é útil na soldadura por raio de electróns, a soldadura en frío, o envasado ao baleiro ou a frixideira ao baleiro.
O ultrabaleiro utilízase no estudo dos substratos atomicamente limpos, posto que só un baleiro de moi boa calidade conserva limpas as superficies a escala atómica durante un tempo razoablemente longo (da orde dos minutos ata os días). O alto ou o moi alto baleiro elimina a obstrución do aire e permite que os raios de partículas depositen ou retiren material sen contaminación. Este é o principio que hai detrás de procesos como a deposición química de vapor, a deposición física en fase vapor ou o gravado seco, que son esenciais para a fabricación de semicondutores, o recubrimento óptico e a ciencia de superficies.
A redución da convección térmica proporciona o illamento térmico nos termos. O baleiro diminúe o punto de ebulición dos líquidos e promove a desgasificación a baixa temperatura que se utiliza na liofilización, a preparación de adhesivos, a destilación ao baleiro, a metalurxia, ou nos procesos de depuración. As propiedades eléctricas do baleiro fan posible o funcionamento dos microscopios electrónicos, as válvulas de baleiro, ou os tubos de raios catódicos. A eliminación da fricción do aire é útil para o funcionamento da batería inercial e as ultracentrifugadora.
O baleiro utilízase habitualmente para producir aspiración, e esta característica utilízase nunha gran variedade de aplicacións. Por exemplo, a máquina de Newcomen utiliza baleiro no canto de presión para impulsar un pistón. No século XIX, o baleiro foi utilizado para a tracción nun ferrocarril experimental polo enxeñeiro británico Isambard Kingdom Brunel, ao facer o baleiro a un tubo o vehículo era aspirado. Os freos sen carga foron utilizados no ferrocarril a partir de medios do século XIX, pero hoxe en día foron substituídos polos freos pneumáticos de aire comprimido.
Graos do baleiro presión atmosférica = 760 torr ou 100 kPa aspirador = cerca de 300 torr ou 40 kPa bomba de baleiro mecánica = cerca de 10 millitorr ou 1,3 Pa próximo do espazo = cerca de 10−6 torr ou 130 μPa presión na Lúa = cerca de 10−8 torr ou 1.3 μPa cámara de baleiro cryopump MBE (molecular bean epitaxy) = 10−9 - 10−11 torr espazo interestelar = cerca de 10−10 torr ou 13 nPa
Crear o baleiro Para crear o baleiro dunha maneira sinxela, pártese dun certo volume, pechado hermeticamente, e expándese, creando un baleiro parcial dentro do volume. Exemplos deste sistema danse: nos pulmóns ao respirar, que se expanden e crean un certo baleiro dentro (a diferenza de presión dentro e fóra dos pulmóns fai entrar aire), e tamén para aspirar, absorber ou succionar. O mesmo principio úsase en máquinas como a aspiradora ou bombas de aire.
Tamén se pode facer uso dunha bomba de aire para extraer o aire dentro dunha cámara de baleiro. A medida que se vai extraendo o aire, quedan menos moléculas que empuxen contra as paredes da cámara, co cal redúcese a presión do seu interior. Deste xeito, pódese conseguir un bo baleiro, pero debido aos escapes, efectos de evaporación e sublimación nas paredes da cámara e outros elementos, este nunca será perfecto. Nesta altura, o sistema entrou nun estado chamado de baleirado molecular, onde a velocidade de cada molécula é aproximadamente aleatoria. Entre os métodos para retirar o gas restante están os seguintes:
Pasar as moléculas de gas ao seu estado sólido conxelándoas: método crioxénico ou cryotrap Pasándoas ao estado sólido ao combinalas electricamente con outros materiais: método de compresión iónica (en inglés: ion pump/ion pumping) Uso doutra bomba especializada. Exemplos son a bomba turbomolecular ou bomba de difusión.
O baleiro de Torricelli creábase enchendo un recipiente de vidro alongado e pechado nun extremo con mercurio e inverténdoo e introducíndoo noutro recipiente que tamén contiña mercurio.How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, febreiro de 1919, escaneado por Google Books.
Outros tipos sen carga
esquerda|miniatura|350px|O espazo exterior non é un baleiro perfecto porque contén un plasma débil con partículas cargadas, campos electromagnéticos, e estrelas. Á parte do baleiro creado artificialmente, hai tamén baleiros creados pola natureza. Este é o caso do baleiro no espazo exterior. A presión no espazo é moi pequena e pódese dicir que o baleiro é case perfecto. Aínda así, hai moitas partículas no espazo e non se pode dicir, polo tanto, que sexa perfecto. Dentro do sistema solar, a maior parte destas partículas proveñen do Sol; é o que se denomina vento solar. Este vento solar componse maioritariamente de fotóns, pero tamén de protóns e helio, compoñentes principais da coroa solar.
As estrelas, planetas e lúas manteñen as súas atmosferas con atracción gravitatoria, e, como tal, non hai ningún límite de atmosferas claramente deliñadas: a densidade do gas atmosférico simplemente diminúe coa distancia do obxecto. A presión atmosférica da Terra cae preto de Pan a 100 km de altitude, a liña de Kármán é unha definición común da fronteira co espazo exterior. Máis aló desta liña, a presión do gas isotrópico convértese rapidamente en insignificante en comparación coa presión de radiación do sol e a presión dinámica do vento solar, de forma que a definición de presión vólvese difícil de interpretar. A termosfera neste rango ten grandes gradientes de presión, temperatura e composición, e varía en gran medida debido ao clima espacial. Os astrofísicos prefiren utilizar a densidade numeral para describir estas contornas, en unidades de partículas por centímetro cúbico.
Pero, a pesar de que cumpre coa definición do espazo ultraterrestre, a densidade da atmosfera dentro dos primeiros centenares de quilómetros por encima da liña de Kármán continúa sendo suficiente para producir importantes resistencias nos satélites artificiais. A maioría dos satélites artificiais operan nesta rexión chamada órbita terrestre baixa e teñen que por en marcha os motores cada día para manter a órbita. A resistencia aquí é suficiente baixa, e en teoría podería ser superada pola presión da radiación en velas solares, un sistema de propulsión proposto para as viaxes interplanetarias. Os planetas son demasiado grandes nas súas traxectorias para que se poidan ver significativamente afectadas por estas forzas, a pesar de que as súas atmosferas son erosionadas polos ventos solares.
Todo o universo observable está cheo dun gran número de fotóns, tamén chamada radiación cósmica de fondo, e moi probablemente un número correspondentemente grande de neutrinos. A temperatura actual desta radiación é de aproximadamente 3 K, ou -270 graos Celsius ou tamén -454 graos Fahrenheit.
Historia Historicamente, houbo moita controversia sobre se unha cousa como o baleiro podía existir; na antiga Grecia, os filósofos non admitían a existencia dun baleiro, preguntábanse como o "nada podía ser algo". Platón, que atopaba a idea do baleiro inimaxinable, pensaba que todas as cousas físicas eran instancias de formas ideais, e non podía concibir unha forma "ideal" para o baleiro. Do mesmo xeito, Aristóteles tamén consideraba imposible a creación do baleiro. Máis tarde, os filósofos gregos chegaron a pensar que o baleiro podía existir fóra do cosmos, pero non dentro. Herón de Alexandría foi o primeiro a cuestionar esta crenza no século I, pero non vai triunfar no seu intento de crear o baleiro artificial.
Na cidade romana de Pompeia, atopouse unha bomba de succión de dobre acción, cousa que demostra que os romanos coñecían este tipo de tecnoloxía. Utilizábase para elevar a auga: a bomba tiña dous cilindros que eran accionados alternativamente. Durante a fase de succión, unha válvula inferior abríase permitindo a entrada da auga no cilindro, mentres que a válvula superior permanecía pechada. Cando o pistón ía cara a abaixo, a válvula inferior pechábase e abríase a superior.