真空技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

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1、真空技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)39前言1.真空“真空”來源于拉丁語“Vacuum”，原意為“虛無”，但絕對(duì)真空不可達(dá)到，也不存在。只能無限的逼近。即使達(dá)到10-14—10-16托的極高真空，單位體積內(nèi)還有330—33個(gè)分子。在真空技術(shù)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(duì)概念，在“真空”下，由于氣體稀薄，即單位體積內(nèi)的分子數(shù)目較少，故分子之間或分子與其它質(zhì)點(diǎn)（如電子、離子）之間的碰撞就不那么頻繁，分子在一定時(shí)間內(nèi)碰撞表面（例如器壁）的次數(shù)亦相對(duì)減少。這就是“真空”最主要的特點(diǎn)。利用這種特點(diǎn)可以研究常壓不能研究的物質(zhì)性質(zhì)。如熱電子發(fā)射、基本粒子作用等。

2、2.真空的測(cè)量單位一、用壓強(qiáng)做測(cè)量單位真空度是對(duì)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(yīng)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(cè)量，因而歷來真空度的高低通常都用氣體的壓強(qiáng)來表示。氣體的壓強(qiáng)越低，就表示真空度越高，反之亦然。根據(jù)氣體對(duì)表面的碰撞而定義的氣體的壓強(qiáng)是表面單位面積上碰撞氣體分子動(dòng)量的垂直分量的時(shí)間變化率。因此，氣體作用在真空容器表面上的壓強(qiáng)定義為單位面積上的作用力。壓強(qiáng)的單位有相關(guān)單位制和非相關(guān)單位制。相關(guān)單位制的各種壓強(qiáng)單位均根據(jù)壓強(qiáng)的定義確定。非相關(guān)單位制的壓強(qiáng)單位是用液注的高度來量度。下面介紹幾種常用的壓強(qiáng)單位。【標(biāo)準(zhǔn)大氣壓】（atm）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=

3、101325帕【托】（Torr）1托=1/760標(biāo)準(zhǔn)大氣壓【微巴】（μba）1μba=1達(dá)因/厘米2【帕斯卡】（Pa）國(guó)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?jǐn)?shù)來測(cè)量式中P的單位為托，為真空度百分?jǐn)?shù)。此式適用于壓強(qiáng)高于一托時(shí)。3.真空區(qū)域劃分有了度量真空的單位，就可以對(duì)真空度的高低程度作出定量表述。此外，為實(shí)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(shù)應(yīng)用特點(diǎn)這三方面的差異，定性地粗劃為幾個(gè)區(qū)段。但這種劃分并不是十分嚴(yán)格的，下面介紹一種劃分方法。粗真空＜760~10托低真空＜10~10-3

4、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(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用真空技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和近代科學(xué)的發(fā)展中已日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域，成為電子、冶金、機(jī)械、食品、化工、半導(dǎo)體、低溫技術(shù)、原子能、宇航等國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科研部門中必不可少的新技術(shù)之一。其應(yīng)用具體包括在如下幾個(gè)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(zhǎng)粒子飛行路徑。五、減少有害氣體作用。六、促成材料出氣效應(yīng)。七、模擬宇宙環(huán)境。氣體在平衡狀態(tài)下的特性1.分子運(yùn)動(dòng)論的基本觀點(diǎn)氣態(tài)是物質(zhì)存在的各種狀態(tài)中最簡(jiǎn)單的一種狀態(tài)。氣態(tài)的最主要特征是：它既

5、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(duì)于氣體的大量現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的規(guī)律，需進(jìn)一步作出解釋，于是發(fā)展起來了氣體分子運(yùn)動(dòng)論。其基本觀點(diǎn)如下：一、物質(zhì)是由分子組成的從化學(xué)中已知一切物質(zhì)都是由分子、原子構(gòu)成的，而分子是物質(zhì)保持其化學(xué)性質(zhì)的最小單位。分子的直徑大約是10-8厘米的數(shù)量級(jí)。通過大量的實(shí)踐，使人們認(rèn)識(shí)到自然界中每一物體不管它處于什么狀態(tài)，都不是密實(shí)的連續(xù)體，也就是說物質(zhì)結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，分子之間是有空隙的。不同的物質(zhì)空隙大小不同。二、分子永遠(yuǎn)在不規(guī)則的運(yùn)

6、動(dòng)——熱運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散現(xiàn)象說明分子是在不停地運(yùn)動(dòng)的例子。分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)也只能從一些間接的實(shí)驗(yàn)中觀察到。布朗運(yùn)動(dòng)就是其中一種。三、分子之間存在相互作用力已知物質(zhì)是由分子組成，分子在不停的運(yùn)動(dòng)，而且分子間還有空隙。那么為什么物質(zhì)內(nèi)分子、原子又能結(jié)合成一個(gè)整體呢？這是因?yàn)榉肿佑邢嗷ノ?。?dāng)我們把物體的一部分分開時(shí)，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(shí)也需要力，這說明分子間還存在著排斥力。正因?yàn)榉肿娱g的排斥力，才使物質(zhì)分子不是一個(gè)挨著一個(gè)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(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)兩個(gè)分子之間的距離約小于10-8厘米，斥

7、力大于引力，分子間的作用表現(xiàn)為斥力；當(dāng)兩個(gè)分子間距離大于10-8厘米，小于10-6厘米時(shí)，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(shí)，作用力就十分微弱，可以認(rèn)為分子間沒有相互作用了。2.氣體的實(shí)驗(yàn)定律和理想氣體一、氣體的實(shí)驗(yàn)定律玻義耳定律一定質(zhì)量的任何氣體，在恒定溫度下，氣體的壓強(qiáng)和體積的乘積為常數(shù)，換言之，即它們的壓強(qiáng)和體積成反比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：39蓋·呂薩克定律一定質(zhì)量