真空技术简体

真空物理简介

壹、真空

一、真空的定义

真空(vacuum)原拉丁文意指「空」（empty）。这个名词从

字意上系表示没有任何物质存在的空间，因此这个空间到现在为止并不存在，也没有任何方法可以造成，所以完全真空是不存在或者是不可能造成的。我们现在所指的真空是根据1958 年美国

真空学会所下的定义：「在一个空间中的气压低于一大气压力」。在真空技术中，一密闭容器虽保持真空，但并非「真正的空」，也就是说真空并不表示里面全无气体分子；事实上以目前技术所及的超真空状态，其中仍有为数可观的气体分子存在。真空的定义虽然简单，但是它涵盖的技术范围很广，可以从以很简单的人力造成的粗略真空，到非常困难的超高真空。而真空技术会因应用范围的不同，亦有很大的差别。

二、真空度的单位表示和真空的分类

真空度是以压力的大小作为指针，而压力的单位为每单位

面积上所受之力。由于国际间有不同的单位系统，因此真空度的表示也有不同单位体制。常用的单位系统如下表所列：

单位系统说明单位简称备注

CGS 每平方公分面积上所

受之达因力

Dyne cm-2 Barye 公制

International

System (IS) MKS 每平方公尺面积上所

受之牛顿力

N m-2 Pascal

(Pa)

由于一Barye 的数值太小，不

易使用；而常以百万Barye 为

单位使用，称为bar，故1 Barye

= 0.1 Pa = 10-3 mbar =10-6 bar

英制British System 每平方英吋面积上所

受之磅力

lbf in-2 PSI

工业技术大气压

Technical Atmosphere

每平方公分面积上所

受之公斤力

kgf cm-2 at 由于at 的数值非常近一标准大

气压，故谓之。工业界较常用。

以毫米计汞柱高mm Hg Torr 汞柱高

以英吋计汞柱高in Hg

以毫米计水柱高mm H2O

学理制

Academic

System 水柱高

以英吋计水柱高in H2O

Torr (托) 即mm Hg 是在真空

学界最常被使用的单位。而在

医学界中较常以水柱高来表示

压力。

物理大气压

Physical Atmosphere

以标准大气压为单位atm 1 atm = 760 Torr = 14.7 PSI

由上述可知压力(真空度)的表示在国际间并未全然统一，为

使能在各系统中互换，现将对真空技术中常用的单位之换算表列

如下：

换算单位mbar bar Torr Pa atm psi kgf cm－2 in Hg in H2O mm H2O

mbar = 1 10－3 0.75 102 9.87x10－4 1.45x10--2 1.02x10— 3 2.953x10-2 0.402 10.197

bar = 103 1 7.5 x102 105 0.987 14.5 1.02 29.53 4.015x102 1.02x104

Torr = 1.333 1.333x10-3 1 1.333x102 1.316x10-3 1.934x10-2 1.36x10－3 3.937x10-2 0.535 13.59

Pa = 0.01 10-5 7.5 x10-3 1 9.87x10－6 1.45x10－4 1.02x10－5 2.953x10-4 4.015x10-3 0.102

atm = 1.013x103 1.013 760 1.013 x105 1 14.7 1.033 29.92 4.068x102 1.033x104

psi = 68.95 6.895x10-2 51.71 6.895x103 6.805x10-2 1 7.03 x10-2 2.036 27.68 7.03 x102

kgf cm-2 = 9.81x102 0.981 7.356x102 9.81x104 0.968 14.22 1 28.96 3.937x103 104

in Hg = 33.86 3.386x10-2 25.4 3.386 x103 3.342x10-2 0.491 3.453x10-2 1 13.6 3.45 x102

in H2O = 2.491 2.491x10-3 1.868 2.491x102 2.458x10-3 3.613x10-2 2.54 x10-3 7.356x10-2 1 25.4

mm H2O = 9.81 x10-2 9.81 x10-5 7.354x10-2 9.81 9.677x10-5 1.42 x10-3 10-4 2.896 3.394x10-2 1

附注：在真空技术中，压力单位以Torr、mbar、Pa 的使用较为普遍。

而真空的分类，由于不同的帮浦和测量的方法或者说是不同

的物理状态，可依压力的大小分为四个区域；

名称真空范围所需帮浦主要残留气体

粗略(低度)真空

Rough Vacuum

760 ~ 10-3 Torr 机械帮浦空气、水蒸气、二氧化碳、

和一些易挥发溶液的蒸气

中度真空

Medium Vacuum

10-3 ~ 10-5 Torr 机械帮浦与扩散

帮浦的组合

除了以上之气体外、尚有

氢气和帮浦油蒸气

高真空

High Vacuum

10-5 10-8 Torr

超高真空

Ultra high

Vacuum

10-8 Torr 以下

机械帮浦、扩散帮

浦、离子帮浦、涡

轮分子帮浦、冷冻

帮浦、和钛升华等

帮浦的组合

大部份為氫氣和一氧化碳

三、真空的應用

利用真空所具之特性（低壓、低氣體分子密度、長平均

自由路徑、和長形成單層所需時間等），真空技術擁有非常廣闊和獨具的應用範圍。略述如下：

真空技術的應用

物理條件方式應用項目

低壓承受壓力差固物、提物