真空とは？

真空とは

真空とは、気体分子が非常に少ない状態のことを指します。

産業分野で扱う真空は、完全に何もない空間（絶対真空）とは異なり、ある程度空気が薄くなった状態です。

日本産業規格(JIS)では「通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態」と定義されています。

気圧と真空度

地上では1気圧（1013hPa）ですが、真空ではこの圧力が極端に低くなります。

例えば、10^-3Pa（パスカル）の環境では、1気圧に比べて1億分の1程度しか気体分子が存在しません。

真空の分類（低真空・高真空・超高真空）

日本産業規格(JIS)では圧力の範囲によって真空を5段階に分類しています。

真空環境ならではの特性

沸点が下がる

真空中では、物質の沸点が下がります。

例えば、水が室温以下でも沸騰するため、真空乾燥やフリーズドライに使われています。

また、沸点の高い金属材料、例えばアルミは大気中では沸点が2500℃と非常に高温ですが、

真空中(10^-5 Pa程度)では700℃程度まで下がるため、蒸着による成膜がしやすくなります。

熱が伝わりにくくなる

真空中は気体が薄く、対流や熱伝導がかなり小さくなるため、断熱効果があります。

ただし、熱放射は真空中でも伝わります。太陽の熱が地球まで伝わるのはこのためです。

化学変化や腐食が起きにくくなる

大気中では酸化などのさまざまな化学変化や、微生物による腐食などが起こりますが、

真空中では酸素などの気体が極端に少ないため、酸化や微生物の活動が起こりにくくなります。

電球のタングステンフィラメントは2000～3000℃に加熱されるため、

大気中ではすぐに酸化して切れてしまいますが、真空中に閉じ込めることで長時間発光することが可能です。

放電が起きやすくなる

大気中では雷くらいの高い電圧がないと放電は起きませんが、

ある程度の真空に圧力を調整すると電子が伝達しやすくなり、低い電圧でも放電が起こります。

真空を利用した身近な例

ストローで飲み物を吸う ストローで飲み物を吸うとき、口の中の圧力を下げることで、 大気圧によってジュースが押し上げられる仕組みです。
魔法瓶 魔法瓶は、外壁と内壁の間を真空にして、空気による熱伝導を防ぐことで、 保温・保冷性能を高めています。
真空パック レトルト食品やお肉の真空パックは、中の空気を抜いて、酸化や腐敗を防ぐ仕組みです。
蛍光灯 蛍光灯は、真空放電により管内に封入された水銀ガスが紫外線を出し、 内側に塗布された蛍光体が紫外線を可視光に変換する仕組みです。

まとめ

• 真空とは、「気体分子が非常に少ない状態」であり、完全な無ではない。

• 圧力の低さによって真空度は5段階に分類され、用途によって使い分けられている。

• 真空には沸点の低下・熱の遮断・酸化の抑制・放電が起きやすいなどの特徴があり、様々な産業に応用されている。

• 私たちの身の回りにも、真空技術は広く使われており、意外と身近な存在である。

真空の仕組みや特性を知ることで、日常の技術や製造業の基盤を支えている重要性が見えてきます。

このページが真空について理解を深めるきっかけとなれば幸いです。