真空技術基礎知識

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1、真空技術基礎知識39前言1.真空“真空”來源于拉丁語“Vacuum”，原意為“虛無”，但絕對真空不可達到，也不存在。只能無限的逼近。即使達到10-14—10-16托的極高真空，單位體積內還有330—33個分子。在真空技術中，“真空”泛指低于該地區(qū)大氣壓的狀態(tài)，也就是同正常的大氣比，是較為稀薄的氣體狀態(tài)。真空是相對概念，在“真空”下，由于氣體稀薄，即單位體積內的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它質點（如電子、離子）之間的碰撞就不那么頻繁，分子在一定時間內碰撞表面（例如器壁）的次數(shù)亦相對減少。這就是“真空”最主

2、要的特點。利用這種特點可以研究常壓不能研究的物質性質。如熱電子發(fā)射、基本粒子作用等。2.真空的測量單位一、用壓強做測量單位真空度是對氣體稀薄程度的一種客觀量度，作為這種量度，最直接的物理量應該是單位體積中的分子數(shù)。但是由于分子數(shù)很難直接測量，因而歷來真空度的高低通常都用氣體的壓強來表示。氣體的壓強越低，就表示真空度越高，反之亦然。根據(jù)氣體對表面的碰撞而定義的氣體的壓強是表面單位面積上碰撞氣體分子動量的垂直分量的時間變化率。因此，氣體作用在真空容器表面上的壓強定義為單位面積上的作用力。壓強的單位有相關單位制和非

3、相關單位制。相關單位制的各種壓強單位均根據(jù)壓強的定義確定。非相關單位制的壓強單位是用液注的高度來量度。下面介紹幾種常用的壓強單位?！緲藴蚀髿鈮骸浚╝tm）1標準大氣壓=101325帕【托】（Torr）1托=1/760標準大氣壓【微巴】（μba）1μba=1達因/厘米2【帕斯卡】（Pa）國際單位制1帕斯卡=1牛頓/m2【工程大氣壓】（at）1工程大氣壓=1公斤力/厘米2二、用真空度百分數(shù)來測量式中P的單位為托，為真空度百分數(shù)。此式適用于壓強高于一托時。3.真空區(qū)域劃分有了度量真空的單位，就可以對真空度的高低程度

4、作出定量表述。此外，為實用上便利起見，人們還根據(jù)氣體空間的物理特性、常用真空泵和真空規(guī)的有效使用范圍以及真空技術應用特點這三方面的差異，定性地粗劃為幾個區(qū)段。但這種劃分并不是十分嚴格的，下面介紹一種劃分方法。粗真空＜760~10托低真空＜10~10-3托高真空＜10-3~10-8托超高真空＜10-8~10-12托極高真空＜10-12托391.真空技術在國民經濟中的應用真空技術在工業(yè)生產和近代科學的發(fā)展中已日益滲透到各個領域，成為電子、冶金、機械、食品、化工、半導體、低溫技術、原子能、宇航等國防、國民經濟、科研

5、部門中必不可少的新技術之一。其應用具體包括在如下幾個方面。一、形成壓差，可以做功。二、提高熱、電絕緣性能。三、利用真空，撤除氛圍氣體屏障。四、延長粒子飛行路徑。五、減少有害氣體作用。六、促成材料出氣效應。七、模擬宇宙環(huán)境。氣體在平衡狀態(tài)下的特性1.分子運動論的基本觀點氣態(tài)是物質存在的各種狀態(tài)中最簡單的一種狀態(tài)。氣態(tài)的最主要特征是：它既無一定形狀，也無一定體積。任一數(shù)量的氣體，都能無限制地膨脹而充滿于任何形狀與大小的容器中。氣體又能均勻的混合在一起。任何不同種類的氣體，不論其比例如何，都能混合成均勻狀態(tài)。對于氣

6、體的大量現(xiàn)象及實驗總結出來的規(guī)律，需進一步作出解釋，于是發(fā)展起來了氣體分子運動論。其基本觀點如下：一、物質是由分子組成的從化學中已知一切物質都是由分子、原子構成的，而分子是物質保持其化學性質的最小單位。分子的直徑大約是10-8厘米的數(shù)量級。通過大量的實踐，使人們認識到自然界中每一物體不管它處于什么狀態(tài)，都不是密實的連續(xù)體，也就是說物質結構是不連續(xù)的，分子之間是有空隙的。不同的物質空隙大小不同。二、分子永遠在不規(guī)則的運動——熱運動擴散現(xiàn)象說明分子是在不停地運動的例子。分子運動的特點也只能從一些間接的實驗中觀察到

7、。布朗運動就是其中一種。三、分子之間存在相互作用力已知物質是由分子組成，分子在不停的運動，而且分子間還有空隙。那么為什么物質內分子、原子又能結合成一個整體呢？這是因為分子有相互吸引力。當我們把物體的一部分分開時，必須加外力來克服這些分子間的引力才行。另外我們壓縮物體時也需要力，這說明分子間還存在著排斥力。正因為分子間的排斥力，才使物質分子不是一個挨著一個緊靠在一起，而是有一定的空隙。因此分子之間不但存在著吸引力，而且也存在著排斥力。它們均為短程力。實驗證明：當兩個分子之間的距離約小于10-8厘米，斥力大于引力

8、，分子間的作用表現(xiàn)為斥力；當兩個分子間距離大于10-8厘米，小于10-6厘米時，吸引力大于排斥力，分子間的作用力表現(xiàn)為吸引力；分子間的距離大于10-6厘米時，作用力就十分微弱，可以認為分子間沒有相互作用了。2.氣體的實驗定律和理想氣體一、氣體的實驗定律玻義耳定律一定質量的任何氣體，在恒定溫度下，氣體的壓強和體積的乘積為常數(shù)，換言之，即它們的壓強和體積成反比，其數(shù)學表達式為：39蓋·呂薩克定律一定質量