真空获得与测量
真空的获得和测量
霍尔传感器测量铁磁材料 磁滞回线和磁化曲线 ２ 、实验内容 （１）基本内容：测量模具钢的初始化曲 线和磁滞回线。 （２）选做内容：作软铁材料或矽钢片材 料的基本磁化曲线；用示 波器观察模 具钢材料的交流磁特性，测量材料的饱 和磁感应强度和矫顽力。
磁化强度的测量 一、实验目的要求 １、了解磁化强度的 测量原理。 ２、测量铁磁材料的 磁化强度值。 ３、掌握磁天平测量 磁化强度的操作技术。 二、实验仪器
霍尔传感器测量铁磁材料 磁滞回线和磁化曲线
1、 HM-1霍尔法磁滞回线和磁化曲线测定仪由以 下部分组成： （１）SXG-2000数字式毫特仪：四位半LED显示 ；量程2000mT；分辨率位0.1mT；基本误差优 于土1％；(读数)土0．01％(满度)。 （２） IS600恒流电源：四位半LED显示；可调 恒定电流0—600.0mA。最大输出电压大于19V 。 （３）实心铁芯样品(绕有2000匝励磁线圈)。截 面长2.00cm，宽2.00cm间隔2.0mm。
磁化强度的测量
三、实验内容 对铁磁质的磁特性测量是研究自发磁化的基础。本 实验将应用磁秤法测量磁特性重要参数－－磁化强度。 各向同性非铁磁质的磁化强度 与引起磁化的磁感应 强度 方向平行，（相同时呈顺磁性，相反时呈抗磁 性。）且 与 大小呈正比。但铁磁质中 与 方向不总是 平行，大小也不成正比。对非铁磁质适用的公式 应 用到铁磁质上时，磁介质常数 不再是一个常数， 磁化过程中，磁化强度 随着磁场强度 的增长而趋近 极限值，这个极限值就叫饱和磁化强度 。
真空的获得和测量
2、油扩散泵 油扩散泵底部为蒸发器，蒸发器内储存高真空油， 这油经泵外的电炉加热后产生一定的蒸汽压，其压强 约为10-1mmHg数量级，蒸汽沿着导管传输到上部，经 由伞形喷咀下喷出，因为喷咀外面的气体压强较低， 约在1E-2mmHg，于是蒸汽流可向下喷出一长段距离， 构成一个向出气口方向运动的射流，并具有高的射流 速度（例如每秒200• 左右）、浓的蒸汽流密度及大的 米 油分子量(约为500),• 些决定了蒸汽流具有优越的载 这 运分子的能力。
真空的获得和测量
4.测量P－t关系曲线并求粗真空下的机械泵的 抽速。
5．观察真空中木块与羽毛的落体现象。
五、思 考 题
1.放大气入系统时,放气要缓慢,为什么?
2.热偶真空计的原理是什么？
真空的获得和测量
实验简介
目前真空技术的应用已十分广泛，光学、 微电子学、电子计算机、超导等方面需要 用真空镀膜；医药工业和电气工业需要真 空冷冻干燥；化工冶金、焊接、热处理等 也要真空技术；在原子能、可控热核反应、 电子显微技术、质量分析仪、表面物理方 面真空技术也是必不可少；真空技术已成 为物理学的基本手段和必备的知识。
一、实验目的
1．学习高真空的获得与测量方法。 2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二、实验仪器
1. 真空装置 2. 机器泵
机器泵
3.真空计
真空计
三、实验原理
1．真空的获得 获得真空用真空泵。真空泵按工作条件的 不同分为两类：能够在大气压下工作的真 空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生 预备真空，需要在预备条件下才能工作的 真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵 用来进一步提高真空度，获得高真空。
2．真空的测量
真空计是测量真空系统中气体压强的仪器， 种类很多，这里介绍的复合真空计是常见 的一种，复合真空计是由温差电偶真空计 与热阴极电离真空计组合而成。
四、实验内容
1.开ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ仪器后，仪器显示真空度。
2.实验用的真空系统原已保持一定真空真,开 动机械泵（接通马达电源）前,应缓慢地将 大气放入系统。 3.开动机械泵后，启动计时秒表，每隔30秒 记录一个压强值。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量实验报告真空获得与测量实验报告引言：真空技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域具有重要的应用价值。
为了获得高质量的真空环境，科学家们进行了一系列的实验研究。
本实验旨在探究真空获得的方法和真空度的测量。
一、真空获得的方法1.机械泵机械泵是最常用的真空获得装置之一。
它通过机械运动将气体从容器中抽出，从而降低压力。
机械泵适用于中低真空范围，操作简便，但不能获得高真空。
2.扩散泵扩散泵是一种能够获得高真空的装置。
它通过将气体分子扩散到高速运动的喷嘴上，再通过冷凝或吸附的方式将气体排出。
扩散泵在高真空实验中具有广泛应用，但需要较长的预抽时间。
3.离心泵离心泵是一种利用离心力将气体从容器中排出的装置。
它适用于高真空获得，具有较高的抽速和较短的预抽时间。
离心泵广泛应用于科学研究和工业生产领域。
二、真空度的测量1.毛细流量法毛细流量法是一种常用的真空度测量方法。
它利用毛细管中气体流动的特性来测量真空度。
通过测量气体经过毛细管的流量和压差，可以计算出真空度的大小。
2.热导法热导法是一种基于热传导原理的真空度测量方法。
它利用热传导的速率与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加热一个导热体，测量导热体的温升和导热速率，可以计算出真空度的数值。
3.离子化法离子化法是一种基于气体分子电离的真空度测量方法。
它利用电离电流与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加入一个电离器，测量电离电流的大小，可以计算出真空度的大小。
结论：通过本次实验，我们了解了真空获得的方法和真空度的测量方法。
机械泵、扩散泵和离心泵是常用的真空获得装置，分别适用于不同的真空范围。
毛细流量法、热导法和离子化法是常用的真空度测量方法，各有优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的真空获得装置和真空度测量方法，以获得高质量的真空环境。
参考文献：[1] 朱玉涛, 梁军. 真空技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.[2] 陈伟, 张磊. 真空技术实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2019.[3] 李明, 王丽. 真空度测量方法的比较与分析[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(4): 1-8.。
真空获得与测量实验一、实验目的本实验的目的是利用真空获得与
真空获得与测量实验一、实验目的本实验的目的是利用真空获得与测量系统研究高真空的获得过程及该系统真空度随时间的变化率。
二、 实验仪器真空室、机械泵、分子泵、分子泵控制电源、热偶规、电离规、冷水机。
三、实验原理3.1 真空的基本知识1)真空及其单位所谓真空是指低于一个大气压的气体空间。
同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。
当气体处于平衡时，可得到描述气体性质的气体状态方程，即 nkT p = （3-1） 或RT Mm pV =（3-2） 式中，p 为压强(Pa)；n 是气体分子密度(个／m 3)，V 为体积(m 3)；M 为气体分子量(kg/mol)；m 是气体质量(kg)；T 是绝对温度(K)；k 是玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)；R 为气体普适常数(8.314J ／mol ．K)，也可用R ＝N A ．k 来表示，N A 是阿伏伽德罗常数(6.023×1023个／mol)。
于是，由式(3—1)可得Tp n 22102.7⨯= (3-3) 由式(3—3)可知，在标准状态下．任何气体分子的密度约为3×1019个／cm 3。
即使在p=1.3×10-11Pa 这样很高的真空度时，T=293K ，则n ＝4×103个／cm 3。
因此，所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。
通常所说的真空是—种“相对真空”。
在真空技术中对于真空度的高低，可以用多个参量来度量，最常用的有“真空度”和“压强”。
此外，也可用气体分子密度、气体分子的平均自由程、形成一个分子层所需的时间等来表示。
“真空度”和“压强”是两个概念，不能混淆．压强越低意味着单位体积中气体分子数愈少，真空度愈高，反之真空度越低则压强就越高。
由于真空度与压强有关，所以真空的度量单位是用压强来表示。
在真空技术中，压强所采用的法定计量单位是帕斯卡(Pascal)，系千克米秒制单位，简称帕(Pa)，是目前国际上推荐使用的国际单位制( SI)。
高真空的获得与测量
高真空的获得与测量一、引言随着各门科学技术的迅速发展和相互渗透，真空作为一门单独的学科已显得尤为重要，它与电真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学及真空冶金等有着紧密的联系并有着广泛的应用。
真空技术的主要环节和基础是真空的获得、真空的测量及真空检漏等，我们将通过本实验对这些手段进行初步的认识和了解。
二、实验目的1.熟悉简单的高真空系统。
2.掌握获得高真空的手段及测量方法。
3.学习真空系统的基本抽气方程。
三、实验原理一个真空系统，工作时除了真空泵的抽气因素外，还存在着相反因素，如器壁本体材料及内部零件表面的气体脱附（出气），外界向系统的漏气及反扩散等。
在任何瞬间，容器中的压强实际上是由这两种相反因素间的动态平衡所决定的。
真空系统简化抽气示意图如图8.1-1。
设被抽容器体积为Ｖ，经管道与真空泵相连，由式（8.0-1）知泵的抽速为。
由于管道对气流的阻碍，容器出口处的有效抽速降为S e(S e<S p)。
气体在流动中，其流量定义为单位时间内流过的气体量，而气体量由气体压强与体积的乘积ＰＶ所决定，则对于上述系统，每秒从容器抽掉的气体量为PS e。
被抽容器除了原有大气之外，还存在器壁本体材料及内部零件表面的气体出气量（脱附率）ＱＤ和漏气率ＱＬ。
这样每秒从容器掉的气体量应等于容器空间中气体量的减少率及由各种气源向容器注入气体量增加率之差，即LD L D e Q Q dt dPV Q Q dt PV d PS ++-=++-=)( （8.1-1）此即真空系统的基本抽气方程。
若求出压强Ｐ作为时间的函数，便掌握了抽气过程的基本情况。
1.当抽气进行了足够长时间后，容器压强不再变化，此时即为极限压强Ｐｕ。
上式中0=dtdP 就得极限压强eLD u S Q Q P +=（8.1-2）故要想得到低的极限压强，应尽量提高有效抽速，并降低漏气量与出气量。
2.在忽略容器漏气量ＱＬ及气体出气量ＱＤ时，上式变为：dt P d V Pdt dP V S e )(ln ⋅-=⋅-= （8.1-3）利用此式可近似计算有效抽速。
真空的获得与测量
真空的获得与测量用直观的展示真空的获得与测量系统，掌握三种真空规测量不同的真空度的使用方法。
了解涡轮分子泵的结构与使用。
真空在日常生活中的应用。
针对光线能量、压力用演示的方法说明光压的能量与测量。
1、引言真空作为一门单独的学科已显得尤为重要，它与电真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学及真空冶金等有着紧密的联系并有着广泛的应用。
真空技术的主要环节和基础是真空的获得、真空的测量及真空检漏等。
2、实验原理与装备(1) 机械泵：是用来获得真空、改善和维持真空的装置简称为真空泵。
获得低真空的独立设备为机械泵, 获得高真空的为分子泵，有机械泵作为前级真空下, 分子泵就能获得高真空。
两种泵都纯属机械转动而抽气的金属泵。
机械泵结构简单, 主体为圆柱形钢筒定子空腔, 内有一转子, 偏心安置在钢筒定子内旋转, 转速为350~ 750 转/ 分。
装在转子沟槽内的两个旋片依靠弹簧力和离心力保持与泵体充分接触。
定子上有一个与被抽系统相联的进气口和一个单向活塞阀出气口。
当转子顺时针转动时, 由进气口进入转子与定子之间部分空间V1 的体积不断扩大, 而出气口与转子、定子间的部分空间V2 体积不断缩小, 前者扩大V1 将气体抽入, 后者将气体压缩V2 将压缩后的气体排出泵外, 达到抽气的目的。
一般机械泵上标称2X ) 8, / 20说明它是两个串联的双杠, / X0 是旋片式的, / 80表示每秒8 升的抽气体速率。
(2) 分子泵：是利用高速旋转的涡轮叶片, 不断对被抽气体分子施以定向的动量和压缩作用, 将气体排除, 是一种纯机械的高速旋转的真空泵。
在泵内有一个圆柱形高速旋转的转子, 气体分子从转子上得到一定的动量, 使分子自进气口朝向出气口方向运动, 达到抽气目的。
该泵启动平稳迅速, 它具有刹车功能, 可以得到高速旋转的泵在短时间内很快停下来, 工作压强范围宽, 从101pa 到高真空10-7pa 都可以正常工作。
真空的获得与测量
云南大学物理实验教学中心实验报告课程名称：近代物理实验实验项目：真空的获得与测量学生姓名：朱江醒学号： 20051050148 物理科学技术学院物理系2005级数理基础科学专业指导教师：葛茂茂实验时间： 2007年 12月 23 日 8 时 30 分至12时 30 分实验地点：物理馆实验类型：教学(演示□验证□综合□设计□) 学生科研□课外开放□测试□其它□一．实验目的1．学习高真空的获得与测量方法。
2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
二．实验原理真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
1．高真空的获得获得真空用真空泵。
真空泵按工作条件的不同分为两类：能够在大气压下工作的真空泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预备真空，需要在预备条件下才能工作的真空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用来进一步提高真空度，获得高真空。
（1）机器泵一般采用油封转片式机器泵，在圆柱形气缸（定子）内有偏心圆柱作为转子，当转子绕轴转动时，其最上部与气缸内表面紧密接触，沿转子的直径装有两个滑动片（简称滑片），其间装有弹簧，使滑动片在转子转动时与气缸内表面紧密接触，当转子沿箭头所指方向转动时，就可以把被抽容器内的气体由进气管吸入而经过排气孔，排气阀排出机械泵。
为了减少转动摩擦和防止漏气，排气阀及其下部的机械泵内部的空腔部分用密封油密封。
机械泵用的密封油是一种矿物油，要求在机械泵的工作温度下有小的饱和蒸汽压和适当的粘度，机器泵的极限真空度一般在10－2～10－4mmHg，抽气速率一般为每分钟数十升到数百升。
（2）扩散泵一般多采用油扩散泵，扩散泵是高真空泵，当机器泵的极限真空度不能满足要求时，通常加扩散泵来获得高真空。
这种泵不能从通常气压下开始工作，只能在低于1Pa气压下才能工作。
因此，必须与初级泵串联使用。
油扩散泵使用的工作液体有许多种，目前广泛使用的是274号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－7Pa）和275号硅油（20℃时饱和汽压为1.3×10－8Pa）。
真空获得与测量实验
7-1 真空的获得与测量实验引言真空技术已成为先进的科学技术之一，被广泛应用于工业生产、科学研究的各个领域。
它与电子管真空工业、原子能、宇宙航行及空间科学研究、表面物理研究、微电子学等有着紧密地联系。
真空技术的主要环节和基础是真空的获得，真空的测量及真空检漏等，通过本实验我们将对这些实验的方法和手段进行初步的学习和了解。
实验预习1．学习旋片式机械真空泵、油扩散泵的工作原理；2．了解真空的获得与测量实验系统及实验注意事项。
实验目的1．通过低真空的获得，学习使用旋片式机械真空泵和测量低真空的热偶计。
掌握测量容器的体积比。
2．通过高真空的获得，学习使用油扩散真空泵和测量高真空的电离真空计。
3．了解玻璃管和金属在高真空中的放气现象和去气方法。
4．通过制作放电管，掌握对放电管充气方法，观察放电管放电现象，并计算最佳放电时放电管内的气压差。
4．测量氦（或氖）放电管光谱，并进行光谱分析（选做）。
实验原理一、真空的获得1．真空泵真空的获得主要是利用气体分子的运动特性，借助真空泵把封闭在真空系统中运动的气体分子排出泵外或者吸收（气体分子永远或暂时留在泵内），同时，阻止外部的气体分子通过真空泵进入真空系统。
真空系统内部由于泵口分子被排出导致系统内部的气体浓度不均匀，气体分子会持续不断的向泵口运动，从而形成了“抽”气过程，使得真空系统内部压强低于外部空间，即获得了真空。
对于前一种将气体分子排出泵外的系统，称为开放式抽真空系统，利用真空泵吸收气体分子的系统称为封闭式抽真空系统。
真空系统所能达到的真空程度与真空系统的封闭性，真空泵的工作机理和结构，被抽气体的种类以及真空泵与被抽系统的连接方式有很大的关系。
不同的真空泵适用于不同的真空范围，在实验中开放式系统常用的真空泵有：旋片式机械泵、油扩散泵、罗茨泵、涡轮分子泵等。
封闭式系统常用的真空有：吸附泵、锆铝（钛）泵、离子泵和钛升华泵等。
开放式系统常用的真空泵的工作原理和使用方法可参见“真空技术基本知识部分”。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量一、实验目的1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法；2．了解真空玻璃系统的结构；熟悉真空泵、真空计的原理二、实验仪器DH2010型多功能真空实验仪（机械泵、扩散泵、真空腔、真空计、各类计量工具）三、实验内容1.使用抽真空设备，获得高真空环境；2.使用真空计进行真空测量；3.利用有限条件估算真空泵的抽气速率。
四、实验步骤因为涉及到使用较大功率的电源，多种真空泵的组合使用，以及高温加热装置，因此在操作设备进行放电实验前，需要教师指导相关的安全须知。
在实验中，操作应要严格按照以下步骤进行：左侧为油扩散泵和真空腔体，右侧为真空系统操作和真空检测复合控制面板。
1.检查仪器的冷却水，气路是否连接正确；2.关闭真空腔的泄气阀；3.打开冷却水系统，打开真空系统总电源，打开真空计电源；4.将工作状态拨键调节至“机械泵”,打开机械泵，对真空腔进行抽气；5.观察真空计(热偶规)示数达到稳定，即机械泵工作效率达到极限，先将工作状态拨键调节至“扩散泵”,在将扩散泵同真空腔之间的阀门打开；6.扩散泵接入至真空系统内，机械泵持续工作，对扩散泵的空间进行抽气；7.观察真空计(热偶规)示数再次达到稳定，将工作状态拨键调节至“扩散泵工作”,按加热键；8.检查加热炉是否正常工作，确认正常后将加热炉缓慢上升接近扩散泵；9.加热炉加热扩散泵，观察真空计(电离规)示数，并记录真空计的示数变化，每10S记录一个值，直至真空计示数不再变化；10.完成数据记录后，关闭真空计(电离规)电源，再按加热键，停止加热，并将加热炉缓慢下降，将工作状态拨键调节至“扩散泵”;11.关闭扩散泵同真空腔之间的阀门后，将工作状态拨键调节至“机械泵”;12.待腔体彻底冷却后，关闭总电源，关闭冷却水系统；13.记录真空腔体的体积，并根据所记录的数据，对扩散泵的抽气速率进行计算。
实验必须由指导教师在的情况下进行，确保实验过程安全、顺利。
五、数据处理方法一：利用公式S=−V lnP2/P1t2−t1粗略求得平均抽气速率。
真空的获得与测量
真空的获得与测量一、实验目的1、学习真空的基础知识，了解常用真空泵、真空规；2、学习使用机械泵对定容容器抽真空，并用真空计测量真空，计算有效抽速；3、学习使用静态升压法来检测真空系统漏率并判断漏气来源。
二、实验原理1、真空的基本概念（1）真空：低于一个大气压的气体状态。
自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。
人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。
（2）真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760Torr =1.013×105Pa ，1Torr=133.3Pa（3）真空区域的划分目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空 105-103 Pa ；低真空 103-10-1 Pa ；高真空 10-1-10-6 Pa ；超高真空 10-6-10-10 Pa；极高真空 <10-10 Pa 。
2、真空的获得——真空泵（1）原理：如图所示，当泵工作后，形成压差，p1 >p2，实现了抽气。
（2）真空泵的分类气体传输泵是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。
气体捕集泵是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。
（3）旋片机械泵旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。
在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片。
旋转时，靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。
工作原理：吸气—压缩—排气，定子浸在油中起润滑，密封和堵塞缝隙的作用。
主要参量：抽速和极限压强。
由于极限压强较高，常用做前级泵(预抽泵)。
3、真空测量——电阻真空计在热偶真空规中，在作为热丝的Pt丝中通过恒定强度的电流。
在达到热平衡以后，电流提供的加热功率与通过空间热辐射、金属丝热传导以及气体分子热传导而损失的功率相等，因而热丝的温度将随着真空度的不同而呈现有规律的变化。
真空的获得与测量实验报告
真空的获得与测量实验报告真空的获得与测量实验报告引言：真空是指在一定空间内没有气体分子的状态。
在科学研究和工业生产中，真空的获得和测量是非常重要的。
本文将探讨真空的获得和测量方法，并介绍相关实验的结果和分析。
一、真空的获得方法1. 抽气法抽气法是最常见的获得真空的方法之一。
实验中，我们使用了一台真空泵，通过泵的作用将容器内的气体抽出，从而形成真空环境。
实验中，我们选择了机械泵和分子泵的组合，以提高抽气速度和真空度。
2. 管道密封法管道密封法是指通过对容器进行密封，防止气体进入或逸出，从而形成真空环境。
在实验过程中，我们使用了高质量的密封材料，如橡胶密封圈和金属密封垫片，以确保容器的密封性。
二、真空的测量方法1. 粗真空测量粗真空是指真空度较低的状态，通常用毫米汞柱（mmHg）或帕斯卡（Pa）来表示。
实验中，我们使用了粗真空计来测量真空度。
粗真空计基于压力的测量原理，通过测量气体分子对容器壁的撞击力来确定真空度。
2. 高真空测量高真空是指真空度非常高的状态，通常用帕斯卡（Pa）或托（Torr）来表示。
实验中，我们使用了离子计和热导计来测量高真空。
离子计基于气体分子电离的原理，通过测量电离电流来确定真空度。
热导计则基于气体分子传导热量的原理，通过测量传导热量的变化来确定真空度。
三、实验结果与分析在实验中，我们成功地获得了粗真空和高真空环境，并使用相应的测量仪器进行了真空度的测量。
实验结果显示，通过抽气法和管道密封法，我们可以获得不同程度的真空环境。
在粗真空测量中，我们使用了粗真空计进行测量。
实验结果显示，真空度随着抽气时间的增加而增加，但在一定时间后趋于稳定。
这表明，通过抽气法可以获得一定程度的真空度，但无法达到高真空的状态。
在高真空测量中，我们使用了离子计和热导计进行测量。
实验结果显示，离子计和热导计的测量结果相近，并且真空度随着抽气时间的增加而逐渐增加。
这表明，通过抽气法和使用适当的测量仪器，我们可以获得较高的真空度。
真空现象实验报告
一、实验目的1. 了解真空的基本概念和特性。
2. 掌握真空的获得和测量方法。
3. 通过实验验证真空现象，加深对真空理论的理解。
二、实验原理真空是指空间中气体分子密度极小，接近于没有气体存在的状态。
真空状态下，气体分子或带电粒子的平均自由程极长，气体分子与固体表面碰撞频率极低。
真空度越高，气体分子密度越低，碰撞频率越低。
真空的获得主要采用机械泵、扩散泵等设备，通过不断抽除真空室内的气体分子，降低气体压强，达到真空状态。
真空度的测量常用压力计、真空规等仪器。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：真空泵、真空规、压力计、气体发生器、密封容器、温度计、电源等。
2. 实验材料：干燥空气、氮气、氢气等。
四、实验步骤1. 准备实验仪器，确保仪器正常工作。
2. 将密封容器抽成真空，观察容器内气体压强的变化。
3. 使用真空规测量容器内的真空度，验证真空现象。
4. 在真空容器内放入气体发生器，观察气体压强的变化。
5. 改变容器内温度，观察气体压强的变化。
6. 将容器内的气体更换为氮气、氢气等，观察气体压强的变化。
7. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，随着密封容器内气体被抽除，气体压强逐渐降低，真空度逐渐提高。
当真空度达到一定程度时，容器内气体压强趋于稳定，接近真空状态。
2. 使用真空规测量容器内的真空度，结果显示真空度符合实验预期。
3. 将气体发生器放入真空容器内，观察到气体压强迅速升高，表明气体分子在真空状态下具有较高的自由程。
4. 改变容器内温度，发现气体压强随着温度的升高而降低，符合气体状态方程。
5. 将容器内的气体更换为氮气、氢气等，观察到气体压强与干燥空气相比有所变化，说明不同气体在真空状态下的压强不同。
六、实验结论1. 真空是指空间中气体分子密度极小，接近于没有气体存在的状态。
2. 真空度越高，气体分子密度越低，碰撞频率越低。
3. 真空状态下，气体分子具有较高的自由程。
4. 温度、气体种类等因素对真空度有影响。
13真空的获得与测量
实验报告： 真空的获得与测量（本报告仅供参考，每个同学应根据指导老师讲解和实际实验过程自行撰写）实验目的：了解真空技术的基本知识；了解真空泵、真空计的工作原理；掌握低、高真空的获得、测量的基本方法和真空机组操作规程。
实验仪器：电子衍射仪v 型实验原理：引言：压强低于一个标准大气压的稀薄气体空间称为真空．在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减少，分子在一定时间内碰撞于固体表面上的次数亦相对减少，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流小，氧化作用少，气体污染小，汽化点低，高真空的绝缘性能好等等．真空技术是基本实验技术之一，真空技术在近代尖端科学技术，如表面科学、薄膜技术、空间科学、高能粒子加速器、微电子学、材料科学等工作中都占有关键的地位，在工业生产中也有日益广泛的应用．一、真空度与气体压强（单位Pa ）真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，单位体积中的气体分子数越少，表明真空度越高．由于气体分子密度不易度量，通常真空度用气体压强来表示，压强越低真空度越高．按照国际单位制(SI)，压强单位是牛顿/米2，称为帕斯卡，简称帕（Pa ）．通常按照气体空间的物理特性及真空技术应用特点，将真空划分为几个区域。
粗真空：105~103 低真空：103~10-1 高真空：10-1~10-5 超高真空：10-5~10-9 极高真空：小于10-9二、真空的特点及应用特点：1、空间气体分子密度极小，仅为大气压下分子密度的万亿分之一，真空可以近似被认为是没有气体污染的空间。
分子密度与气体压强成正比，P n ∝， kT P n =。
2、 气体分子或带电粒子的平均自由程极长，平均运动速率很大，πμRT v 8=（一般为几百米每秒，μ单位千克）其中，K 为波尔兹曼常数，T 为气体温度，d 为分子直径，P 为气体压强。
例如，室温下氮气分子的平均自由程在压强为710-pa 时将长于50km ，而电子和离子的平均自由程分别是气体分子的24和2倍。
真空的获得与测量实验报告
近代物理实验报告真空的获得与测量学院班级姓名学号时间真空的获得与测量【摘要】本实验是运用包括机械泵，油扩散泵等器材制造一个真空的环境，并通过真空计来测量所获得真空的真空度的过程。
在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，而且在运用技术的过程中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。
【关键词】真空泵，真空计，测量【引言】1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。
1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。
真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。
在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。
事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。
1真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。
目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。
【实验方案】一、实验原理1．真空的获得真空的获得主要靠真空泵来实现，本实验用机械泵作为主要的真空泵进行实验。
机械泵利用机械旋转产生吸气和排气的过程来获得真空。
常用的是旋片式机械泵。
排气阀采用油封，油在工作室的内表面形成油膜，有利于润滑和A点的密封，但同时也会形成油的蒸气压，限制了机械泵的真空度，并有可能污染真空系统。
为了放置油污染，防止气体倒流，当系统工作一段时间后需要停机，应先关断进气管上的阀门，保持抽气状态，然后给进气管放气，最后才能给机械泵断电。
机械泵的极限真空度为10-1Pa。
当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等。
真空度不再变化。
油扩散泵是利用气体的扩散性质制作，将扩散泵油加热到沸腾温度，产生大量油气，经过导流管喷出，接着冷凝，重新变成油，返回到蒸发器，气体被机械泵抽走，如此反复，达到连续抽气的目的。
高真空度的获得与测量
1. 详细观察真空系统的结构，了解每一部件的作用及气流的通路； 2. 接通水源、关闭凡尔V2，将V5打通，放大气入系统后关闭V5， 将V2转向与粗导连通，打开真空计电源，然后将V1旋向扩散泉方 向，启动机械泵将系统由大气开始抽气，在抽气过程中，不时利 用火花检漏器激起放电，观察放电颜色和形状以及与之对应的真 空计所测压强的关系； 3. 系统达到扩散泵所需前置真空后，即可开始加热油扩散泵； 4. 当观察到油扩散泵油开始沸腾，仪器自动，打开电离真空计部 分的电源，用电离真空计测量系统的真空度；当系统真空度高于 0.01帕后，对规管进行除气。 5.去气完毕后，实验即告结束，结束的步骤与启动时的相反，即 首先关闭真空计电源，关闭V2，停止扩散泵加热，当油扩散泵油 冷却后，关闭低真空部分凡尔V1，停止机械泵工作，最后关掉冷 却水。
三、实验系统及使用方法
• 本实验是在一个多用实验系统上进行，系统的 结构示意图如图所示，扩散泵——机械泵组用 来获得高真空。M1和M2分别为电阻真空规管 和电离真空规管，用来进行真空测量。凡尔 （Valve）V1作为扩散泵与机械泵的接通或分 离用，V5是用来对系统放气，V2通向粗管导， U1为被抽容器。V3~V7在本实验中不用。 • 实验系统为全玻璃系统，实验过程中必须注意 不能碰撞系统，转动各个凡尔时要转而慢、防 止炸裂。
注意事项： ① 零点校准：当真空度高于 帕时（可由电离 规监测）调节“ZERO”零点电位器，使其 显示1.0E—1 ② 满度校准：大气状态时，调整“F· S”满度 电位器，使其显示1.0E5 ③ 电阻规故障判断
③ 电离真空计
• 工作原理： 当电离规管灯丝加热发射电子，电子经加速 后与气体分子碰撞而使气体电离，正离子被 收集极吸收，离子流与压强的关系为 Ii =K P Ie • 式中：K—规管灵敏度 Ii—离子电流 Ie—电子电流 P—压强
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量(实验报告)【摘要】真空是指低于大气压力的气体的给定空间。
本文就真空的获得与真空的测量展开讨论，探究这两种技术的基本原理和方法，并对有关设备仪器的使用方法和构造机理进行简要的介绍和分析。
通过对本实验的操作，使我们对电子衍射仪有了初步的认识，为电子衍射实验打好基础。
【关键词】机械泵、油扩散泵、电离真空计、电偶真空计、真空度。
【引言】真空是指低于大气压力的气体的给定空间，即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。
真空是相对于大气压来说的，并非空间没有物质存在。
用现代抽气方法获得的最低压力，每立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。
气体稀薄程度是对真空的一种客观量度，最直接的物理量度是单位体积中的气体分子数。
气体分子密度越小，气体压力越低，真空就越高。
但由于历史原因，量度真空通常都用压力表示。
在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，在一个真空系统中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。
目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵等。
真空测量仪器主要有U型真空计、热传导真空计、电离真空计等。
随着电子技术和计算机技术的发展，各种真空获得设备向高抽速、高极限真空、无污染方向发展。
各种真空测量设备与微型计算机相结合，具有数字显示、数据打印、自动监控和自动切换量程等功能。
【正文】真空的获得需要许多器材的配合使用，譬如：真空泵，真空计等。
首先，我们必须对这些器材的内部机理和使用方法做初步的了解，否则盲目地操作会导致仪器的损坏和实验的失败。
（一）真空泵包括机械泵和油扩散泵。
实验室中采用的是旋片式机械泵，其工作原理比较简单。
油扩散泵的工作原理和操作注意事项比较复杂。
（1）油扩散泵的一侧有两个水孔，供冷却水流进流出之用。
在实验过程中，冷却水流量的选择非常重要。
冷却水打开的时间一般在油扩散泵开启之前，因为油扩散泵的加热时间需要四十分钟，所以开始时冷却水的流量可以选择小些，这样可以达到节约水的目的。
真空的获得与测量
实验 4-1一、基本知识真 空 的 获 得 与 测 量1、真空度量单位和区域的一般划分 真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量， 最直接的物理量应该是每单位体积中的分子 数，但由于历史的原因，真空度的高低通常以气体的压强来表示。
气体压强越低，真空度就 越高，气体压强越高，真空度就越低。
国际计量大会规定的国际单位制（SI）压强单位是帕斯卡（Pascal） ，简称帕(Pa)。
一帕 等于 1 牛顿/米 2。
早期曾以一毫米汞柱（㎜ Hg）作为压强单位，将 760 ㎜ Hg 规定为一个标 准大气压。
但后来发现汞有七种同位素，纯汞也就没有确定的密度，因此以一毫米汞柱（㎜ Hg） 作为压强单位是不标准的，经第十届国际计量大会规定，改用帕(Pa)来定义标准大气压。
1 标准大气压（ATM）=101325 帕(Pa)，并规定标准大气压的 1/760 称为 1 托（Torr） ： 1 托（Torr）=1标准气压 =133.322 牛顿/米 2=133.322 帕(Pa) 760以帕(Pa)规定的标准大气压是绝对严格的，它在数值上与汞柱规定的“标准大气压”几 乎相等（1 毫米汞柱=1.00000014 托） 。
真空区域的划分， 国际上还没有统一的规定， 国内也不尽一致。
通常分为以下五个区域： 粗真空 低真空 高真空 超高真空 760～10 托（1.013×105～1.333×103 帕） 10～10-3 托（1.013×103～1.333×10-1 帕） 10-3～10-8 托（1.333×10-1～1.333×10-6 帕） 10-8～10-12 托（1.333×10-6～1.333×10-10 帕）极高真空 ﹤10-12 托（1.333×10-10 帕） 2、真空的基本特点 从物理现象来看，粗真空以分子相互碰撞为主，即分子自由程λ≤容器尺寸 d；低真空 则是分子相互碰撞和与器壁碰撞不相上下；高真空时以分子与器壁碰撞为主，即λ》d；超 高真空时分子碰撞器壁的次数已很少了， 形成一个单分子层的时间已达到以分钟计； 极高真 空时分子数已很稀少，统计涨落现象已较严重（﹥5%） ，经典统计规律产生了偏差。
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真空获得与测量一、实验目的1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法；2．了解真空玻璃系统的结构；熟悉真空泵、真空计的原理二、实验仪器DH2010型多功能真空实验仪三、实验原理一、真空的获得真空的获得是由真空泵来完成的。
一般真空实验室经常使用的是机械泵和扩散泵，用于超高真空的是钛升华泵和低温泵。
真空泵的基本原理：当泵工作后，形成压差，p1 > p2，实现了抽气。
真空泵按其工作机理可分为排气型和吸气型两大类．排气型真空泵是利用内部的各种压缩机构，将被抽容器中的气体压缩到排气口，而将气体排出泵体之外，如机械泵、扩散泵和分子泵等．吸气型真空泵则是在封闭的真空系统中，利用各种表面（吸气剂）吸气的办法将被抽空间的气体分子长期吸着在吸气剂表面上，使被抽容器保持真空，如吸附泵、离子泵和低温泵等．真空泵的主要性能可有下列指标衡量：（1）极限真空度：无负载（无被抽容器）时泵入口处可达到的最低压强（最高真空度）（2）抽气速率：在一定的温度与压力下，单位时间内泵从被抽容器抽出气体的体积，单位（升/秒）（3）启动压强：泵能够开始正常工作的最高压强．1、机械泵机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空腔的容积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空的泵。
机械泵的种类很多，目前常用的是旋片式机械泵。
旋片式机械泵的结构如右图，它由一个定子、一个偏心转子、旋片、弹簧组成。
定子为一圆柱形空腔，空腔上装着进气管和出气阀门，转子顶端保持与空腔壁相接触，转子上开有槽，槽内安放了由弹簧连接的两个刮板．当转子旋转时，两刮板的顶端始终沿着空腔的内壁滑动．为了保证机械泵的良好密封和润滑，排气阀浸在密封油里以防止大气流入泵中。
油通过泵体上的缝隙、油孔及排气阀进入泵腔，使泵腔内所有的运动表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔之间的密封。
同时，油还充满了泵腔内的一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。
工作时，转子沿着箭头所示方向旋转时，进气口方面容积逐渐扩大而吸入气体，同时逐渐缩小排气口方面容积将已吸入气体压缩从排气口排出。
当机械泵对体积为V的容器抽气时，因泵旋转一周所抽出气体体积为泵的工作体积△V，使被抽体积V增大了△V，设抽气前V中压强为P，转子旋转一周后V中压强为P1，则有：P V = P1（V+△V）所以， ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=V V V P P 1 同理，设转子旋转二周后，容器V 中压强为P 2，则：212⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=V V V P V V V P P第N 周后，则有：NN V V V P P ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+= 若机械泵每分钟转n 转，则经t 分钟后，N = nt ，容器中的压强P t 为： ntt V V V P P ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+=从上式可以看出，随着时间的延长，被抽容器中的压强逐渐减少，但实际工作中，由于机械泵油的饱和蒸气压（室温时）约为10-1Pa ，以及泵的结构和泵的加工精度的限制，机械泵只能抽到一定的压强，此最低压强即为机械泵的“极限压强”，一般为10-1Pa机械泵的抽气速率主要取决于泵的工作体积，在抽气过程中，随着机械泵进气口处压强的降低，抽气速率也逐渐减小，当抽到系统的极限压强时，系统的漏放气与抽出气体达到动态平衡，此时抽率为零。
目前生产的机械泵多是两个泵腔串联起来的，称为双级旋片机械泵，它比单级泵具有极限真空度高和在低气压下具有较大的抽气速率等优点。
机械泵能否在大气压下启动正常工作，其极限真空度是否理想，它取决于：①定子空间中两空腔间的密封性，因为其中一空间为大气压，另一空间为极限压强，密封不好将直接影响极限压强；②排气口附近有一“死角”空间，在旋片移动时它不可能趋于无限小，因此不能有足够的压力去顶开排气阀门；③泵腔内密封油有一定的蒸汽压（室温时约为10-1Pa ）。
2、油扩散泵油扩散泵是用来获得高真空的主要设备。
工作压强范围：10-5～10-7Pa 。
主要由泵体、冷阱、喷嘴、导管、蒸气流冷却水套和加热器等组成。
扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的。
它的工作原理是通过电炉加热处于泵体下部的专用油，沸腾的油蒸汽沿着伞形喷口高速向上喷射，在喷嘴出口处蒸汽流造成低压，因而使进气口附近被抽气体的压强高于蒸汽流中该气体的压强，所以被抽气体分子就沿蒸汽流束的方向高速运动，即不断向泵体下部运动,经三级喷嘴连续作用将被抽气体压缩到低真空端由机械泵抽走。
而油蒸汽通过冷却水降温，运动到下部与冷的泵壁接触，又凝结为液体，循环蒸发。
扩散泵不能单独使用，一般采用机械泵为前级泵，以满足出口压强(最大40Pa)，如果出口压强高于规定值，抽气作用就会停止。
因为在这一压强下，可以保证绝大部分气体分子以定向扩散形式进入高速蒸汽流。
此外若扩散泵在较高空气压强下加热，会导致具有大分子结构的扩散泵油分子的氧化或裂解．油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸气压和反扩散两部分。
在使用扩散泵时要注意的是：开扩散泵前必须先用机械泵将系统包括扩散泵本身抽至几Pa 数量级的预备真空。
再通冷却水，后通电加热泵油。
停机时，应先断开扩散泵加热电源，待泵油降到室温后，再断开冷却水源，最后断开机械泵电源。
这样操作可防止泵油氧化变质，提高真空的清洁程度，延长使用寿命，保证系统的极限真空。
通常的真空系统不是只有一种真空泵在工作，而是由至少两级真空泵组成的。
本实验中真空系统由两级构成，前级泵是旋片式机械泵构成，二级泵是油扩散泵。
二、真空的测量一般实验室常用由热耦真空计和电离真空计合在一起的复合真空计。
它是由热耦规管、电离规管和电测系统而构成的。
1、热偶真空计也叫热偶规，通常用来测量低真空，可测范围为10～10-1Pa 。
它是利用热电偶的电势与加热元件的温度有关，元件的温度又与气体的热传导有关，而低压下气体的热传导与压强成正比的原理测量真空的。
它由热偶规管和电测系统构成。
如图，它由一根钨或铂制成的电热丝，另由AB 、AB′两根不同金属组成的一对热电偶。
热电偶一端（热端）与热丝在A 点焊接，另两头B 、B′分别焊于芯柱引线，再接到毫伏表上。
在铂丝上加一定的电流，铂丝温度升高，热电偶出现温差电动势，它的大小可以通过毫伏计测量。
如果加热电流是一定的，那么铂丝的平衡温度在一定的气压范围内取决于气体的压强，所以温差电动势也就取决于气体的压强。
热电动势与压强的关系很难通过计算得出，需要绝对真空计校准。
然后通过校准曲线对热偶真空计进行定标。
经过校准定标后，就可以通过测量热偶丝的电动势来指示真空度了。
热偶规热丝由于长期处于较高的温度，受到环境气体的作用，故容易老化，所以存在显著的零点漂移和灵敏度变化，需要经常校准。
本设备中热偶规有两个V 1和V 2，其中V 1置于两级真空泵中间，它用来测量的是油扩散泵排气口气压，V 2置于真空室下部，用来测量真空室压力。
2、电离真空计也叫电离规，它由电离真空规管和测量电路两部分组成。
电离真空规管直接联于被测系统或容器。
它由发射电子的阴极，加速并收集电子的螺旋状的栅极，以及收集正离子的圆筒状的板极组成。
其结构类似于三极管。
热阴极灯丝加热后发射热电子，栅状阳极具有较高的正电压。
热电子在栅状阳极作用下加速并被阳极吸收。
由于栅状阳极的特殊形状，除了一部分电子被吸收外，其他的电子流向带有负电的板状收集极，再返回阳极。
也就是说部分电子要来回往返几次才能最终被阳极吸收。
可以想象，在电子运动的过程中，一定会与气体分子碰撞并电离，电离的阳离子被收集极吸收并形成电流。
电子电流I e 、阳离子电流I +与气体压强之间满足如下关系：KP I I e =+式中的K 为称为电离计的灵敏度。
通常将电子电流I e 保持一定值，然后用绝对真空计杰校准。
绘出I +—P 关系曲线，就可确定出K 来。
由上述公式可以确定出气压。
对于很高真空度的情况，气体分子很稀薄，所以被电离的气体分子数目很小，因此需要配置微电流放大装置和灯丝稳流装置。
电离规的线性指示区域是10－3～10－7Torr 。
电离规是中高真空范围应用最广的真空计。
低真空范围内，电离规的灯丝和阳极很容易被烧掉，所以一定要避免在低真空情况下使用电离规。
[实验内容]测量抽气全过程中系统真空度与时间的变化关系。
同时测量分别机械泵和扩散泵抽气时系统的极限压强。
1、熟悉真空管路，了解真空系统的结构。
2、开启总电源，面板上的电源指示灯点亮，将控制面板上的工作选择打向机械泵，机械泵开始工作。
此时已同时打开了（A、B）高真空电磁阀，机械泵直接抽真空室。
开启FZH—2B 型复合真空计电源，先将测量开关打向V1测量管路（同时真空测量转换开关打向了管路），再将FZH—2B型复合真空计测量转换开关打向V2测量真空室内的真空度。
3、当机械泵抽至极限值时，先打开水龙头，再将工作选择打到扩散泵预热，此时关闭了（B阀）打开了C阀（机械泵对扩散泵抽取真空）。
此时将FZH—2B型复合真空计开关打向V1。
接通电源后，通过PID温控器设置加热温度，依次提高设定的加热温度为50℃、100℃、180℃、250℃。
注意：扩散泵工作前必须先接通水源！4、当温度达到250℃后，将工作选择打向扩散泵工作，此时各电磁阀的工作状态为（A 阀打开、B阀关闭、C阀打开、D阀打开）5、当真空度达到1Pa以下时，打开电离规灯丝开关，测量开关打向断，电离真空计的档位随真空度的大小改变。
以上过程从打开机械泵开始计时，记下真空计表中各整数值时的时间（当抽速很大时，可适当减少计时点）。
记录机械泵和扩散泵的极限真空度，对测得的ln P-t曲线进行定性说明。
6、关机步骤：（1）将工作选择开关打向扩散泵预工作状态，D阀处于关闭状态；机械泵继续工作，冷却水继续接通，对扩散泵内的泵油进行冷却。
同时关闭电离规的灯丝电压，测量开关打向V1。
（2）通过PID温控器设置加热温度为50℃，机械泵继续工作，直到泵油的温度低于50℃，同时管路真空度在Pa 数量级时，将工作选择打在“机械泵”。
（3）切断水源，关闭真空计电源。
（4）将工作选择打向“断”，将总电源开关打向“断”，切断总电源。
[预习思考题]1、热偶真空计的测量下限为10-1Pa，原因是（a）热电偶的性能（b）热丝电流饱和（c）热丝引线的热传导和热辐射占主导地位。
[答案：(c)]2、扩散泵启动前必须要有机械泵提供的前级真空度几Pa以上，否则就会使(a)扩散泵不能正常工作(b) 扩散泵抽速降低(c) 扩散泵返油[答案：(a)]3、机械泵的极限真空度是如何产生的？能否克服？油扩散泵的启动压强应为多少？为什么？。