真空實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告李瑞潔

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1、大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目名稱：真空實(shí)驗(yàn)院系名稱：土木建筑學(xué)院專業(yè)班級(jí)：建環(huán)1202姓名：李瑞潔學(xué)號(hào)：2012140302298一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谡婵諏?shí)用技術(shù)中，真空的獲得和測(cè)量是兩個(gè)最重要的方面，在一個(gè)真空系統(tǒng)中，真空獲得的設(shè)備和測(cè)量?jī)x器是必不可少的。目前常用的真空獲得設(shè)備主要有旋片式機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵、低溫泵等。真空測(cè)量?jī)x器主要有U型真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)等。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種真空獲得設(shè)備向高抽速、高極限真空、無(wú)污染方向發(fā)展。各種真空測(cè)量設(shè)備與微型計(jì)算機(jī)相結(jié)合，具有數(shù)

2、字顯示、數(shù)據(jù)打印、自動(dòng)監(jiān)控和自動(dòng)切換量程等功能。低真空的應(yīng)用主要涉及真空疏松、真空過(guò)濾、真空成型、真空裝卸、真空干燥及震動(dòng)濃縮等，在紡織、糧食加工、礦山、鑄造、醫(yī)藥等部門有著廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)的目的是，學(xué)會(huì)用機(jī)械泵獲得低真空以及觀測(cè)不同真空度時(shí)輝光放電現(xiàn)象；用U型計(jì)和熱偶計(jì)測(cè)量真空以及用定容法測(cè)量機(jī)械泵的有效抽速。?二、實(shí)驗(yàn)原理1.???????真空技術(shù)的基本概念(1)真空：低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利(E.Torricelli)首創(chuàng)著名的大氣壓實(shí)驗(yàn)，獲得真空。自然真空：氣壓

3、隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間。人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。(2)真空量度單位：1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760(Torr)1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013x105Pa1Torr=133.3Pa(3)真空區(qū)域的劃分8目前尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，常見(jiàn)的劃分為：粗真空105—103Pa低真空103—10-1Pa高真空10-1—10-6Pa超高真空10-6—10-10Pa極高真空<10-10Pa2.???????真空獲得—真空泵1654年，德國(guó)物理學(xué)家葛利克發(fā)明了抽氣泵，做了著名的馬德堡半球試驗(yàn)。原理：當(dāng)泵工作后

4、，形成壓差，p1>p2，實(shí)現(xiàn)了抽氣。真空泵的分類氣體傳輸泵是一種能將氣體不斷地吸入并排出泵外以達(dá)到抽氣目的的真空泵，例如旋片機(jī)械泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵。氣體捕集泵是一種使氣體分子短期或永久吸附、凝結(jié)在泵內(nèi)表面的真空泵，例如分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵、低溫泵和吸氣劑泵。真空泵的主要參數(shù)(1)???????S（抽氣速率）：定義為在泵的進(jìn)氣口任意給定壓強(qiáng)下，單位時(shí)間內(nèi)流入泵內(nèi)的氣體體積或表示為：其中，Q為單位時(shí)間內(nèi)流入泵的氣體量。泵的抽氣速率S并不是常數(shù)，隨P而變。(2)???????極限壓強(qiáng)Pu(極限

5、真空)8(3)???????最高工作壓強(qiáng)Pm(4)???????工作壓強(qiáng)范圍（Pu-Pm）：泵能正常工作的壓強(qiáng)范圍幾種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍旋片機(jī)械泵105—10-2Pa吸附泵105—10-2Pa擴(kuò)散泵100—10-5Pa渦輪分子泵101—10-8Pa濺射離子泵100—10-10Pa低溫泵10-1—10-11Pa幾種常用真空泵的工作原理1)???????旋片機(jī)械泵工作過(guò)程是：吸氣—壓縮—排氣。定子浸在油中起潤(rùn)滑，密封和堵塞縫隙的作用。主要參量是：抽速和極限壓強(qiáng)。由于極限壓強(qiáng)較高，常用做前級(jí)泵(預(yù)抽泵)。2

6、)???????油擴(kuò)散泵工作原理是：油蒸發(fā)—噴射—凝結(jié)，重復(fù)循環(huán)由于射流具有工作過(guò)程高流速(約200米/秒)、高密度、高分子量(300—500)，故能有效地帶走氣體分子。擴(kuò)散泵不能單獨(dú)使用，一般采用機(jī)械泵為前級(jí)泵，以滿足出口壓強(qiáng)(最大40Pa)，如果出口壓強(qiáng)高于規(guī)定值，抽氣作用就會(huì)停止。?3.???????真空測(cè)量8(1)U型壓力計(jì)水銀U型壓力計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)需校準(zhǔn)，可以在氣壓不太低時(shí)使用。一般壓力計(jì)一段封閉，另一端接入真空系統(tǒng)，封閉端為真空，這樣壓力計(jì)可直接指示總壓力，兩邊水銀柱的高度差即為總壓力。對(duì)于精密

7、工作則需進(jìn)行溫度修正。對(duì)于壓力較低（低于Pa）的測(cè)量，油壓力計(jì)比水銀壓力計(jì)更精確，因?yàn)橛偷拿芏鹊偷枚?。絕對(duì)壓力由下式給出式中h是油壓力計(jì)的讀數(shù)。(2).高頻電火花真空測(cè)定儀（又叫檢漏儀）高頻電火花真空測(cè)定儀（又叫檢漏儀）是一種粗略測(cè)量玻璃真空系統(tǒng)的儀器，原理圖如圖所示。接通電源后，調(diào)節(jié)放電火花間隙G，當(dāng)產(chǎn)生擊穿放電時(shí)，將高頻放電探頭在被抽容器處不停的移動(dòng)。隨著壓強(qiáng)的變化，系統(tǒng)內(nèi)放電輝光的顏色不斷變化，從放電顏色可粗略地估計(jì)真空系統(tǒng)的氣壓。隨著真空度的提高，容器內(nèi)的剩余氣體分子逐漸減少,由于機(jī)械泵對(duì)各種氣體的

8、抽氣速率不同，殘余氣體中各種氣體成分的比例隨著氣壓的降低而變化。當(dāng)對(duì)玻璃容器加一高壓時(shí)，容器中的游離電子（宇宙射線產(chǎn)生）被加速與氣體分子碰撞，當(dāng)電子的能量足夠大時(shí)，使氣體分子電離，電離產(chǎn)生的次級(jí)電子再被電場(chǎng)加速與氣體分子碰撞，再使氣體分子電離，正負(fù)離子復(fù)合過(guò)程會(huì)有光子釋放，即產(chǎn)生輝光放電，輝光放電是氣體電離的基本形式之一，它反映了容器內(nèi)氣體的電離和復(fù)合過(guò)程。由于各種氣體的電離電位不同，在復(fù)合過(guò)程中釋出的光子頻率不