真空技术基础一

Mass:
m PV M 1.203 101 PV M
RT
T
m 200 C (1P a m 3 ) 4.1 10 4 M [ K g ]
m0
M NA
1.66 1024 M
M : Mass of 1mol Gas
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Mass Density:
m0n
MP RT
1.2 10 1
(k1T12m0v2)
2
2kT
其中f（v）就是速度分布函数
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Maxwell 速度分布率是关于气体分子运动的一个 重要规律，从图中至少可以看出:相同的气体， 温度越高，具有较高速度的分子数目越多，分布 函数形状平坦；同时可以理解，对于同温度下不 同的气体，分子质量越大的其速度大的分子数目 越少。除此之外，还有一系列的特征速度：
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微观层面看，真空最为显著的特点是气体 分子数密度小。由此可以引申出一系列的 力学、热学、电学、光学和化学特性。这 是真空技术的依据。 真空的特点也反映出对真空现象认识的理 论工具首先是气体分子运动论。
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真空与真空技术有着广泛的用途，在很多 生产、科研领域，如冶金、电子、制药、 军事、航天和分析等，有着重要的用途， 其相关的知识已经发展为一门独立的学科 。 真空技术是薄膜材料科学的重要技术基础 ，可以说没有真空技术就没有当前蓬勃发 展的薄膜材料科学。
MP T
200 c 4.1 10 4 M P
200 cAir 1 .1 9 1 0 5 P
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Maxwell Velocity Distribution
在N个气体分子中，分子热运动速度介于v-v+dv的分子
数目满足：
dNv N f(v)dv
=4 N(
m0
) e v dv 3 2
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二、Theoretical Tools for Vacuum Analysis
1、 Basic Properties of Ideal Gas A. 分子看作无内部结构的质点；
B. 分子间除散射外无相互作用；
温度不太低，压强不太大时，实际气 体均可以看作IG处理；
真空中的气体借用IG模型非常适合；
性质的统计平均值，可以通过统计物理办法计算得 到。
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Avogadro’s Law
等体积的任何种类的气体，同温同压下有相同的分子数 ； 标准状态下，1mol任何气体分子的NA＝6.02×1023。
State Equation of IG
P1V1 P2V 2
T1
T2
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2、Some Hypotheses and Results of IG
基本假设： A. 任何气体均由大量微小的质点构成，单一气体中这
些质点完全相同，叫做气体分子； B. 分子永不停息的作无规则热运动。分子除自身相互
碰撞外，也与容器壁碰撞； C. 分子的数量非常大，气体宏观性质是大量分子微观
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Results of Molecular collision：
真空技术中，经常要关心的问题除了真空环境的气压外 ，气体分子间的、气体分子与容器壁、衬底材料等的碰 撞状况也是要考虑的重要方面。尤其是在薄膜材料的制 备中，这个问题更加突出。不同的碰撞状况将导致薄膜 材料的结构、形貌、电学、光学等特性发生显著的变化 。
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相同分子间的碰撞次数：
Z A A2n 22 v 1 0 .2 2 n 22TM [1 /secm 3]
不同气体分子碰撞次数：
ZAB
nAnB 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(A
B
)2
2kT( 1 1 )
m0A m0B
14.46nAnBAB
T( 1 1 )[1/secm3] MA MB
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多种气体分子间碰撞总次数：
n
Z n Z i j i j
电子在电场中与气体分子的碰撞次数：
Ze
4
n
2
2e U
me
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Cosine Distribution Theorem:
余弦定理是气体分子与固体表面相互作用的重要定理。 其规律反映出气体分子与固体表面的碰撞不是瞬时完成 的。气体分子需要先停留在固体表面，然后经过一定时 间的能量、动量交换才脱离表面飞出的。
室温的是蒸汽，低于室温的是气体。
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Pressure、Mass and Mass Density of IG
Pressure:
P
1 3
n
m0
v
2 s
1 3
v
2 s
[
P
a
]
P nkT
k 1.38 1023 J / K
vs : root mean square speed
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最可几速度： vm
2kT 4.08
m0
T M
平均速度：
v1
vdN
N0
8 R M T4.60
T M
均方根速度： vs
3kT 4.99 m0
T M
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Some Simple Results of Characteristic Velocity:
1、在给定的温度下，均方根速度最大，平均速度次之， 最可几速度最小； 2、在确定时刻，具有最可几速度的分子数目最多，具有 均方根速度的分子数目最少； 3、特征速度均与热力学温度的平方根成正比，与气体分 子质量的平方根成反比；
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一、Definition、Phenomena、 Characteristics and Applications 一般含义上真空通常指一个特定的空间区 域，在此空间范围内，气压低于一个大气 压。 自然条件下真空环境很普遍，但高度真空 环境很少，如外层空间环境。 人工真空的例子很多，如Torricellian Vacuum。
Other Forms：
PVR; PV=mRT
T
M
Dalton’s Law of Partial Pressure
n
PP1P2P3Pn Pi i1
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Difference between Gas and Vapor
气体和蒸汽是真空技术中常见概念，两者的区别不在于 微观结构，而在于其温度是否是临界温度以上。 气体的临界温度是指这样的温度，当气体高于临界温度 ，怎么压缩都不可能液化。 但通常我们以室温（15～25oC）为标准，临界温度高于