真空是指低于1标准大气压的气态空间

合集下载

真空技术基础(电阻规电离规)

压强(帕) 10 4 10 3 10 2 1 0 1 01 0.1 0.01
5
接阀门机械泵
0
5
2 1 1 0 5 0 图3-3 抽气曲线
2 5
热偶规
时间(分)
图 3-4
定容法抽速测量装置
2. 定容法测量抽速实验在真空系统中，对一定容积的被抽容器，随着气体逐渐被抽出，容器内压强包括抽气机进口处的压强不断降低，因而每次抽出的气体在不断减少，抽速就不断变化。这样，抽气机的抽速应是在某一瞬时压强下被抽气体体积对时间的导数。即：
7
根据(3-2)或(3-3)式，只要测出一系列压强、时图 3-5 三级高真空油扩散泵间值。可在半对数坐标纸上作出抽气曲线。求出抽 1. 进气口 6. 回油管 d ( gP) / dt 代入(3-3)式， 2. 冷凝阱 7. 扩散泵油即可气曲线某点的斜率 3. 冷却水套 8. 喷射喷口求出该压强下的抽气速率。 4. 第一级喷口 9. 出气口如只需粗略估计抽速，可求其平均抽速。 5. 第二级喷口
70
油蒸汽一起向下运动。油蒸汽被冷却水套冷却，结成油滴回到泵底循环使用，空气分子此时向喷口下方集结。如此三级喷口逐级起作用，将进气口空气分子集结到出气口，再由机械泵将积聚起来的气体抽走，可见扩散泵和机械泵必须串接使用才形成抽气过程获得高真空。一般三级油扩散泵的极限真空度为 10 帕。影响极限真空度的主要因素是油蒸汽压和气体分子的反扩散。若加低温冷凝阱（放入干冰或液氮等），阻截油蒸汽分子进入系统，或采用低蒸汽压扩散泵油，可使极限真空度提高 1-2 个数量级。玻璃扩散泵的抽速一般为几十升/秒，金属扩散泵可达几百升/秒以上。扩散泵使用注意事项： (1) 扩散泵不能单独工作，一定要用机械泵作前级泵，并使系统抽到 10 帕量级时才能启动扩散泵； (2) 泵体要竖直，按规定量加油和选用加热电炉功率; (3) 牢记先通冷却水，后加热。结束时则应先停止加热，冷却一段时间后才能关闭。 4. 其它几种真空泵 (1) 分子泵分子泵是靠高速转动的转子携带气体分子而获得高真空、超高真空的一种机械真空泵。 -8 工作压强范围为 1 ~ 10 帕。泵的转速为10000 转/分到 50000 转/分，这种泵的抽速范围很宽，但不能直接对大气排气，需要配置前级泵。分子泵抽速与被抽气体的种类有关，如对氢的抽速比对空气的抽速大 20% 。分子泵适用于真空作业，如真空冶炼，半导体提纯，大型电子管排气、原子能工业、空间模拟等。 (2) 吸附泵许多化学性活泼的金属元素，如钛、钨、钼、锆、钡等都具有很强的吸气能力。其中钛有强烈的吸气能力，在室温下性质稳定，易于加工，所以广泛用于真空技术，发展成为一种超高真空泵¾¾钛泵。钛泵的抽气机理是气体分子碰撞在新鲜的钛膜上，形成稳定的化合物，随后又被不断蒸发而形成的新钛膜所复盖。新钛膜又继续吸附气体分子，如此形成稳定的抽气。钛泵对被抽气体有明显的选择性，对活性气体抽速很大，对惰性气体抽速很小。因而往往需要扩 -6 -10 散泵等作为辅助泵。钛泵的极限真空度为 10 ~ 10 帕。钛泵可应用于热核反应装置，加速器，空间模拟，半导体元件的镀膜技术和要求无油污染的真空设备。 (3) 低温吸附泵用低温介质将抽气面冷却到 20K 以下，抽气面就能大量冷凝沸点温度比该抽气面温度高的气体，产生很大的抽气作用。这种用低温表面将气体冷凝而达到抽气目的的泵叫做低温泵，或称冷凝泵。

真空是什么意思

真空是什么意思
【基本释义】
1.指没有气体或气体极少的空间，压强远小于10５帕的气态空间。

2.佛教语。

一般谓超出一切色相意识界限的境界。

3.比喻一无所有或活动停摆的状态，借指不存在某种事物的领域。

4.指没有任何实物粒子的空间
【物理学定义】
真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，是一种物理现象。

在“虚空”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。

真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。

在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。

1641年意大利数学家托里拆利在一根长管子内加满水银，然后很缓慢的将管口倒转在一个盛满水银的盆内，管子内水银柱的末端是76 厘米高。

这时玻璃管最上方无水银地带是真空状态。

这一实验为“托里拆利实验”，完成实验的玻璃管为“托里拆利管”。

爱因斯坦在用场论观点研究引力现象时，已经认识到空无一物的真空观念是有问题的，他曾提出真空是引力场的某种特殊状态的想法。

首先给予真空崭新物理内容的是P.A.M.狄拉克。

狄拉克于1930年为了摆脱狄拉克方程负能解的困境，提出真空是充满了负能态的电子海。

化工分析工初级工题库(理论题)

化工分析工初级工题库（理论题）填空题（易）1. 利用酸度计测溶液PH的方法是一种( )测定法。

答文:电位2. GB255-77(88)石油产品馏程测定法中,到初馏点后,蒸馏速度要均匀,每分钟馏出( )毫升。

答文:4-53. 利用比较溶液颜色深浅的方法来确定溶液中有色物质的含量的方法叫（）。

答文:比色分析法4. GB260-77(88)水份测定法中,称取油样前,将装入量不超过瓶内容积（）的试样，摇动（）让其混合均匀。

答文:3/4；5分钟5. GB261-83闭口闪点测定法中,试样的水份超过( )时,必须脱水。

答文:0.05%6. GB261-83闪点测定用的点火器火焰调整到接近球形,其直径为( )mm。

答文:3-47. GB/T1884-92方法测深色试样时，眼睛要稍高于液面，读取试样的弯月面上缘与石油密度计刻度（）的点，即为石油密度计的数值。

答文:相切8. 比色测定条件包括（）和（）两部分。

答文:显色；测定9. 在比色分析中，当显色剂及其它试剂均无色，被测液中又无其它有色离子时，可用（）作空白溶液。

答文:蒸馏水10. 原子吸收分析主要分为两类，即（）原子吸收分析和（）原子吸收分析。

答文:火焰；石墨炉无火焰11. 元素灯长期不用，应定期点燃处理，即在工作电流下点燃（）。

答文:1小时12. 一台好仪器，应该是灵敏度高，稳定性好，甚至可以说（）是两者中更为重要的。

答文:稳定性13. 高浓度的液态苯乙烯及其蒸汽对( )和( )有刺激作用. 答文:眼睛;呼吸系统14. 气相色谱法选择性高是指对（）极为接近的物质具有很强的（）能力。

答文:性质；分离15. 在室温，可用吸附剂（）和（）净化载气，以除去水分。

答文:硅胶；5A分子筛16. 热导池检测器要求载气中水分含量控制在（）。

答文:30～50PPm17. 色谱柱的分离效果主要是由柱中填充的( )所决定。

答文:固定相18. 油品的馏程越轻，闪点越（）。

答文：低19. 若被分离的组分为非极性物质，应选用（）固定液，组分流出色谱柱的先后次序，一般符合（）规律。

什么是真空？

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
什么是真空？
什么是真空?
在给定的空间内低于一个大气压的气体状态称之为真空状态。

这种特定的真空状态与大气状态相比较，主要有两个基本特点：首先，处于真空状态的真空容器要受到大气压强的作用;其次，真空状态下气体的分子密度小于大气状态下的气体分子密度，因此，分子之间以及分子与固体表面(如器壁)之间碰撞的几率相对减小。

用吸管喝饮料时，吸管内的压强低于大气压强而处于真空状态，因此饮料在大气压作用下沿着吸管进入口中。

本文介绍的真空，主要是在科学研究领域中所需的真空，具体来讲是残留气体对使用目的的影响可以忽略的真空状态。

真空有不同的程度(简称真空度)，通常情况下按以下标准来划分。

(1)低真空领域(105～103Pa)
气体的物理性质和大气压下的空气状态基本没有区别，该真空领域的主要特征是真空容器内外产生强大的压力差。

利用这一特征的吸引和吸附技术，在产业领域被广泛利用。

(2)中真空领域(103～10-1Pa)
气体的流体性质和大气压下的空气状态相比可以忽略。

该领域物质的沸点降低，在更低温度下即可实现物质的蒸发。

(3)高真空领域(10-1～10-5Pa)
以稀薄气体为特征的真空特性成为主导，气体分子的平均自由程增大。

(4)超高真空领域(10-5～10-8Pa)。

什么是真空

什么是真空？什么是真空?在给定的空间内低于一个大气压的气体状态称之为真空状态。

用吸管喝饮料时，吸管内的压强低于大气压强而处于真空状态，因此饮料在大气压作用下沿着吸管进入口中。

本文介绍的真空，主要是在科学研究领域中所需的真空，具体来讲是残留气体对使用目的的影响可以忽略的真空状态。

真空有不同的程度(简称真空度)，通常情况下按以下标准来划分。

(1)低真空领域(105～103Pa)气体的物理性质和大气压下的空气状态基本没有区别，该真空领域的主要特征是真空容器内外产生强大的压力差。

利用这一特征的吸引和吸附技术，在产业领域被广泛利用。

(2)中真空领域(103～10-1Pa)气体的流体性质和大气压下的空气状态相比可以忽略。

该领域物质的沸点降低，在更低温度下即可实现物质的蒸发。

(3)高真空领域(10-1～10-5Pa)以稀薄气体为特征的真空特性成为主导，气体分子的平均自由程增大。

(4)超高真空领域(10-5～10-8Pa)包括真空容器壁上的吸附分子在内，气体分子的存在几乎可以忽略。

(5)极高真空领域(<10-8Pa)接近完全的真空状态。

固体的清洁表面可以更长时间维持，对表面科学研究很重要。

地球和月球中间的真空度是10-7Pa，地球和太阳中间的真空度是10-9Pa，银河系边缘的真空度是10-14Pa。

不同压强下的气体分子状态见表1.1。

真空度的表述单位有多种，目前的国际单位是帕斯卡Pa(N·m-2)，此外比较常用的还有毫米汞柱(mmHg)、Torr、巴(1bar=105Pa)、通过kg和cm表述的单位面积压力(kgf·cm-2)、通过每平方英寸所受英磅压力表述的psi、标准大气压atm和水柱高mH2O 等。

真空概念

真空概念真空是指定空间内低于大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子密度低于该地区的大气压的气体分子密度，不同的真空状态，就意味着该空间具有不同的分子密度。

标准大压（101325Pa）,标准大气压是指在海平面测量的压力，海拨越高，真空越低。

完全没有气体的空状称为绝对真空，绝对真空实际上是不存在的。

常见真空测量单位和单位的换算1、用压力作测量单位（Pa）帕斯卡（ Pa）是国际单位制中的压力的单位。

1个大气压等到于101325Pa，1Pa的压力就是1牛顿的力压在1m 2 面积上。

（1Pa=1N/1m 2 ）2、真空表上的单位（MPa）真空表是用来在一个指定范围内所抽空气的测量工具。

真空表上的数字是从 0到-0.1Mpa，0代表一个大气压，表示一个指定的范围内与外界压力相等，达到-0.1时表示指定范围内的压力只有100Pa，这种真空表只能测量压力高于100Pa的真空度。

（1Mpa=10 6 ；1Kpa=1000pa；hpa=100pa）3、毫米水银柱（mmHg）和乇（Torr）乇的定义1个大气压等于760乇，mmHg和Torr相差不大，严格来说mmHg和Torr只差700万分之一,所以1mmHg=1Torr。

101325Pa等于760Torr（1Pa=133.322Torr）真空区域的划分为实用便利起见,人们常把真空度粗划为几个区域。

•低真空 10 5 ～100Pa 通常用液环式真空泵或往复式真空泵•中真空 100～10 -1 Pa 通常用罗茨真空泵+水环真空泵机组、旋片式。

•高真空 10 -1 ～10 -5 Pa 通常用旋片泵和滑阀泵以及机组•超高真空大于10 -5 Pa 通常用扩散泵和分子泵常用真空泵的分类•往复式真空泵往复式真空泵又称活塞式真空泵，极限真空为 2600Pa～1300Pa抽气量范围为200～800m 3/h，用于从密封的容器中抽除气体，被抽气体温度不得超过35°，应用于真空浸渍、钢水真空处理、真空蒸馏、等方面抽吸气体。

真空技术及真空计量基本知识

第二章真空计量基本知识一、真空1.1 真空、理想气体状态方程、气体分子的热运动地球的周围有一层厚厚的空气，称为大气，人类就生活在这些大气中。

空气有一定的质量，在通常状况下，大约为1.29g/l ，可以说是很轻的。

但地球周围的空气非常密，在几十公里以上的高空还有空气存在，这么厚的一层空气受地球引力作用，就会对地面上的一切物体产生压力，这就是大气压。

早在17世纪，托里拆利就通过实验证实了大气压强的大小。

通常一个标准大气压约等于0.1MPa ，相当于760mm 左右的汞柱所产生的压强。

真空是指低于一个大气压的气体空间，但不可理解为什么都没有。

真空是同正常的大气相比，是比较稀薄的气体状态。

按照阿佛加德罗定律1mol 任何气体在标准状况下，有6.022×1023个分子，占据22.4L 的体积。

由此我们得到标准状态下气体分子的密度为319/103cm 个⨯。

在非标准状况下，当气体处于平衡时，满足描述理想气体的状态方程。

式中的N 为气体的摩尔数，P 为压力（Pa ）,T 热力学温度，κ为波尔兹曼常数，κ=1.38×10-23J/K 。

因此在非标准状况下，气体分子数密度与压力和温度有关。

每立方厘米中的气体分子数可以表示为： TP n 61024.7⨯= 式中n 为气体分子数密度（cm -3），由此可见，即便在Pa P 11103.1-⨯=这样很高的真空度时，T=293K 时，每立方厘米的空间中仍有数百个气体分子。

因此所谓真空是相对的，绝对的真空是不存在的。

同时我们也可知，气体分子数密度在温度不变时，与压力成正比。

因此，真空度可用压力来表示也是以此为理论依据。

在真空抽气过程中，一般可认为是等温的，我们说容器中的压力降低了或气体分子数密度减少了都是正确的。

1.2 气体分子的热运动从微观的角度看，气体是由分子组成的，所有分子都处在不断的、无规则的运动状态。

分子的这种运kT V N p ⎪⎭⎫ ⎝⎛=动与温度有关，因此我们称之为热运动。

真空的基本知识

最早使用、最广泛的
纪念托里拆利
真空的基本知识
几种压强换算关系
单位 1 Pa 帕/Pa 1 托/Torr 7.5×10-3 毫巴/mba 1×10-2 标准大气压 9.87×10-6
1 Torr
1 mba 1 atm
133.3
100 1.013×105
1
0.75 760
1.333
1 1.013×103
密度以及固体本深的性质如光洁程度、清洁度等
气体吸附：
气体吸附就是固体表面俘获气体分子的现象。分为物理吸附和化学吸附。物理吸附靠分子间的相互吸引引起的，任何气体在固体表面均会发生，吸附后容易脱附。化学吸附在较高温度下发生，只有当气体与固体表面原子接触生成化合物时才能产生吸附作用，气体不易脱附。
气体脱附
是气体吸附的逆过程。
影响因素：气体的压强、固体的温度、固体表面吸附气体的
容器中分子数很少，分子平均自由程大于一般容器的气体分子数更少，几乎不存在分子间碰撞，此时气体分子在线度，分子流动为分子流，分子与容器壁碰撞为主，在固体表面上是以吸附停留为主。此真空下蒸发材料，粒子将按直线飞行。
超高真空 <1×10气体的吸附和气体的脱附
真空的基本知识
真空程度的表示
真空度压强气体分子密度、气体分子平均自由程、形成一个分子层所需要的时间等
真空单位
法定计量单位
帕斯卡（Pascal）：Pa 托（Torr）：1Torr=133.322 Pa 1 Pa=7.5×10-3 Torr 旧的单位：mmHg Torr bar atm
1.316×10-3
9.87×10-4 1
真空的基本知识
☞ 真空的划分粗真空 1×105 to 1×102 Pa

真空概念和测量单位

真空概念和测量单位（一）真空概念“真空”是指在指定空间内低于环境大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子数密度低于该地域大气压的气体分子数密度。

不同的真空状态，就意味着该空间具有不同的分子数密度。

在标准状态（STP：即0°C，101325Pa）下，气体的分子数密度为2.6870×1025m-3，而在真空度为1×10-4Pa时，气体的分子数密度只有2.65×1016m-3。

完全没有气体的空间状态成为绝对真空。

绝对真空实际上时不存在的。

（二）真空度及测量单位在真空技术中常常利用真空度来气宇真空状态下空间气体的稀薄程度。

通常真空度用气体的压力值来表示。

压力值越高，真空度越低；压力值越低，真空度越高。

常常利用的压力单位有：①帕斯卡（Pa）：国际单位制中的压力单位，我国法定压力单位。

1Pa压力就是1m2面积上作用1N的力，即1Pa=1N/m2②微巴（μbar）：1μbar的压力就是1cm2面积上作用1dyn的力，即1μbar=1dyn/cm2③标准大气压（atm）：1927年在第七次国际计量大会上，给标准大气压下了概念，即在重力加速度为980.665cm/s2，水银温度为0°C，水银密度为13.5951g/cm3的条件下，760mm高的汞柱产生的压力称为1atm，即1atm=760mmHg=1013250.144354dyn/cm2这种标准大气压依赖于汞的密度测量精度，是不够严格的。

1954年在第十次国际计量大会上，又从头概念了标准大气压，即1atm=1013250dyn/cm2=101325Pa④工程大气压（at）：由于大气压力约为1kgf/cm2，所以把1kgf/cm2称为1at，即1at=1kgf/cm2⑤毫米汞柱（mmHg）：1mmHg是指0°C时1mm高水银柱（汞柱）作用在1cm2面积上的力。

由于纯水银0°C时的密度是13.5951g/cm3，所以1mmHg=13.5951g/cm2⑥托（Torr）：1Torr概念为1Torr=1/760atm由于1927年与1954年概念的标准大气压有差值，因此造成1mmHg比1Torr大1.9×10-4dyn/cm2，即1mmHg=1Torr+1.9×10-4dyn/cm2但由于二者差值很小，故通常以为1mmHg≈1Torr⑦英寸汞柱（inHg）：英制压力单位，它是1英寸高水银柱作用在1cm2面积上的力，即1inHg=25.4mmHg⑧普西（Psi）：英制压力单位，它是1平方英寸面积上作用1磅的力，即1Psi=1lb/in2⑨真空度的百分数（δ%）：用真空度的百分数表示压力的大小，一般只有在压力高于100Pa时才采用。

真空技术

（1）高真空的获得
目前，广泛使用的获得高真空的泵就是扩散泵。扩散泵是利用气体扩散现象来抽气的，它不能直接在大气压下工作，而需要一定的预备真空度（1.33~0.133Pa）。油扩散泵的极限真空度主要取决于油蒸汽压和气体分子的反扩散，一般能达到1.33×10-5~1.33×10-7Pa。抽气速率与结构有关，每秒几升~几百升不等。
d 1 2 3/ 2 d0 l 1 h

由于上述原因，真空中分子之间碰撞频率很低，分子与固体表面碰撞的频率极低。单位面积上气体分子碰撞频率ν与压强p的关系为：

3.5 10 MT
22
pБайду номын сангаас
式中M和T分别为气体分子的分子量（单位： g）和温度（单位：K）。

在普通高真空，例如10 Torr 时，对于室温下的氮气， 4 4 1014 分子 / cm2 s ， v 如果每次碰撞均被表面吸附，按每平方厘米单分子层可吸附51014 个分子计算，一个“干净”的表面只要一秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子：而 10 P 在超高真空 10 Torr 10 11Torr 时，由或同样的估计可知“干净”表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久。
真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象。真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起来的离子镀膜。这里只介绍真空蒸发镀膜技术。

众所都知，任何物质总在不断地发生着固、气、液三态变化，设在一定环境温度T下，从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡，该物质的饱和蒸气压为Ps，则：

真空概述

真空具有如下性质：1、空非无。

如果真空中没有粒子，我们就会准确的测出场(0)与场的变化曲率(0)，然而海森堡不确定性原理表明，我们不可能同时精确地测出一对共轭量，所以，可以“空”，不能“无”。

因此，在真空中，粒子不停地以虚粒子、虚反粒子对的形式凭空产生，而又互相湮灭，在这个过程中，总的能量保持不变。

2、真空存在极性,因此说真空是不对称的。

但这种不对称是相对局部的，在相对整体上又是对称的，如此的循环嵌套构成了真空的这个性质。

3、真空的每个局部具备了真空的全体性质。

大和小是相对而言的。

时间也是相对于空间而言的，时间不能脱离了具体的空间而单独的存在。

应用航天器轨道飞行提供的真空和微重力环境，是一个宝库，为人们提供了地面上难以获得的科学实验和生产工艺条件，进行地面上难以进行的科学实验，生产地面上难以生产的材料、工业产品和药物。

在高真空和微重力环境中进行生命和生物科学实验，不会有有机物污染，发生混入或测定错误，细菌等实验用的微生物不会到处扩散，十分安全。

在零重力或微重力条件下，可进行无容器冶炼，这不会有任何杂质混入，可以获得高品质的合金；可将不同比重的金属或非金属均匀地混合，获得新型合金材料；可以克服地面加工存在的组分过冷起伏和密度大等缺陷，生长出高质量、大直径的单晶体砷化镓等半导体材料；可以生产百分之百圆度的滚珠轴承等圆球工业产品，而在地面上，由于重力的影响，滚珠轴承等总不是真正的球形。

太空制药是真空和微重力环境利用的重要方面。

在地面上制药，由于地球重力作用，培养物会发生沉淀，处在沉淀中的微生物会因缺氧而死亡；如输氧搅拌，所形成的低压小气泡又会破坏细胞；如加防泡剂，则会降低氧的溶解度，有碍微生物的繁殖，形成恶性循环。

而在微重力环境中，培养物液体中含有大量的气泡，也不会沉淀，微生物可随时获得氧气，生长速度比地面快一倍以上。

可高效率、高纯度地制造许多药物，如治疗烧伤的表皮生长素、治疗贫血的红血球生长素、防治病毒感染的免疫血清、治疗肺气肿的胰蛋白酶抑制素、治疗血栓的尿激酶、治疗血友病的抗溶血因子8、治疗糖尿病的β细胞、治疗癌症的干扰素等40多种。

-真空技术基础知识

第七单元真空技术7-0 真空技术基础知识“真空”是指气体分子密度低于一个大气压的分子密度稀薄气体状态｡真空的发现始于1643,那年托利拆利(E.Torricelli)做了有名的大气压力实验,将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时,发现了水银柱顶端产生了真空,确认了真空的存在｡此后,人们不断致力于提高真空度,随着科学技术的发展,现在已经能够获得低于10-10Pa 的极高真空｡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小,分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小,这导致其有一系列新的物化特性,诸如热传导与对流减小,氧化作用小,气体污染小,气化点降低,高真空的绝缘性能好等等,这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一,目前,在高能粒子加速器､大规模集成电路､表面科学､薄膜技术､材料工艺和空间技术等科学研究的领域中占有重要地位,被广泛应用于工业生产,尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用｡一、真空物理基础 1．真空的表征表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度｡单位体积内的分子数越少,气体压强越低,真空度越高,习惯上采用气体压强高低来表征真空度｡在SI 单位制中,压强单位为牛顿/米2(N/m 2):1牛顿/米2=1帕斯卡(Pascal), (7-0-1)帕斯卡简称为帕(Pa),由于历史原因,物理实验中常用单位还有托(Torr)｡ 1标准大气压(atm)=1.0135×105(Pa),1托=1/760标准大气压 (7-0-2) 1托=133.3帕斯卡习惯采用的毫米汞柱(mmHg)压强单位与托近似相等(1mmHg=1.00000014)托｡各种单位之间的换算关系见附表7-1 2．真空的划分真空度的划分(不同程度的低气压空间的划分)与真空技术的发展历史密不可分｡通常可分为:低真空(Pa 10~1013-)､高真空(Pa 10~1061--)､超高真空(Pa 10~10-10-6)和极高真空(低于Pa 1010-)｡20世纪70年代进一步提高到的宽达20个数量级的真空度范围,并随着某些新技术､新材料､新工艺的应用和开拓,将进一步接近理想的真空状态｡ 3．描述真空物理性质的主要物理参数(1)分子密度:用于表示单位体积内的平均分子数｡气体压强与密度的关系为nkT p = (7-0-3)其中n 为分子密度,k 为玻耳兹曼常数,T 为气体温度｡(2)气体分子平均自由程:平均自由程是指气体分子在连续两次碰撞的间隔时间里所通过的平均距离｡对同一种气体分子的平均自由程为pkT 22πσλ=(7-0-4)其中σ为分子直径｡由(7-0-4)式可知,气体分子的平均自由程与气体的密度n 成反比因而它将随着气体压力的下降而增加｡在气体压强低于0.01Pa 的情况下,气体分子间的碰撞几率已很小,气体分子的碰撞主要是其与容器器壁之间的碰撞｡(3)单分子层形成时间:指在新鲜表面上覆盖一个分子厚度的气体层所需要的时间｡一般,真空度越高,干净表面吸附一层分子的时间越长,从而可较长时间地维持一个干净的表面｡单位表面积上气体分子的吸附频率ν与压强p 的关系为s cm /105.3222⋅⨯=分子p MTν (7-0-5)式中M 和T 分别为气体分子的分子量(单位:g)和温度(单位:K),在高真空,例如610-=p Torr 时,对于室温下的氮气,()s cm /105.4214⋅⨯=分子ν,如果每次碰撞均被表面吸附,按每平方厘米单分子层可吸附14105⨯个分子计算,一个干净的表面只要1秒多钟就被覆盖满了一个单分子层的气体分子;若在超高真空1010-=p Torr 或1110-Torr,由同样的估算可知干净表面吸附单分子层的时间将达几小时到几十小时之久｡所以超高真空技术经常应用于集成电路的生产工艺和科学研究等方面｡二、真空的获得用来获得､改善和维持真空环境的装置简称为真空泵｡按照真空泵的工作原理可分为二类:一类是“排气”型或称“压缩”型真空泵｡这类真空泵是利用其内部的各种压缩机构将被抽容器中的气体压缩到排气口方向,排入大气中｡例如,旋片式机械泵､增压泵､油扩散泵以及涡轮分子泵等｡另一类称为“吸附”型真空泵｡这类真空泵是在封闭的真空系统中利用各种物理或化学表面(吸气剂)吸气的方法将被抽空间的气体分子吸附在固体表面上｡例如吸附泵､溅射离子泵､钛升华泵及低温泵｡真空泵若按应用范围分,则有低真空泵(包括中真空),例如旋片式机械泵､增压泵及吸附泵等;高真空泵(包括超高､极高真空),例如油扩散泵､涡轮分子泵､离子泵及低温泵等｡真空泵常用的两个重要参量是:(1)极限真空,在被抽容器的漏气及容器内壁放气可忽略的情况下,真空泵能抽得的最高真空称为极限真空｡(2)抽气速率,在给定压强下,单位时间内从泵的进气口抽入泵内的气体体积,称为泵在该压强下的抽气速率,单位为升/秒｡ 1.机械真空泵机械真空泵按改变空腔容积方式分,有活塞往复式､定片式和旋片式等｡它的工作原理是建立在理想气体的波意尔-马略特定律基础之上,即RT PV =(P 为压强,V 为容器体积,T 为绝对温度,R 为常数),在等温过程中,一个容器内的体积和压强的乘积等于常数｡这样,只要使容器的体积在等温条件下不断扩大,就可不断降低容器的压强｡图7-0-1是常用的旋片式机械真空泵的结构图,其工作过程如图7-0-1所示｡7-0-1旋片式机械真空泵当转子逆时针转动时,开始处于图7-0-2(a)的位置,由进气口进入转子与定子之间部分空腔III 的体积不断扩大,而出气口与转子､定子间的部分空腔I 体积不断缩小,如图7-0-2(b);空腔I 内的体积继续被压缩,当压强大到足以推开排气阀时,气体被排出泵外;空腔II 继续传送被隔离气体,空腔III 继续抽气｡转子转到图7-0-2(c)时,空腔I 排气即将结束,空腔II 即将与排气口相通,开始压缩排气过程;空腔III 继续抽气｡转子到图7-0-2(d)的位置时,又开始重复上述过程｡机械泵具有结构简单,工作可靠的优点,机械泵可以从大气压开始进行工作,不仅可单独使用,常用来获得高真空系统的前级泵,以获得更高的真空度｡机械泵一般所能达到的极限真空约为10-2Pa,但在一般实验室情况下只能达到100-10-1Pa ｡ 2.油扩散泵油扩散泵是常用的获得高真空的设备,扩散泵不能直接在大气压下工作,需要在机械泵产生的低真空条件下工作,图7-0-3为常用的油扩散泵的工作原理图｡泵的上部为进气口,泵的底部为蒸发器,用来贮存硅树脂类扩散泵油(简称硅油)或其它专用的扩散泵油｡当加热炉加热槽中的硅油,油蒸汽流沿管筒上升,从伞形喷嘴(三个或四个)向下高速喷出,带动气体分子,使它自上而下作定向流动,气体被迫向排气口方向运动,而被排气口的机械泵抽走,扩散泵的名称也由此而来｡油蒸汽碰到有冷却水管冷却的泵壁上冷凝,油分子被冷凝为液态,沿着泵壁流回蒸发器继续循环使用,这样周而复始,从而达到连续抽气｡为了提高扩散泵的极限真空,扩散泵内通常有3至4个串联的喷嘴,如图7-0-3所示的是由铝合金材料制成的3个喷嘴的3级扩散泵的结构示意图｡一般油扩散泵的极限真空为10-4~10-5Pa ｡油扩散泵的一个缺点是泵内的油蒸汽的回流容易造成真空系统的污染｡由于这个原因,在材料表面分析仪器和其他超高真空系统中一般不采用油扩散泵｡使用油扩散泵时应注意几点:(1)不能在断水时使用｡油扩散泵工作时冷却水的作用很大,若水冷作用不够,就会使泵油的循环作用减弱､油蒸汽压提高而妨碍其工作｡(2)应选择适当的加热功率｡加热功率过低,油蒸汽无法形成,泵不能工作;加热功率过高,使油蒸汽过热甚至分解,大大降低其性能｡(3)要保证其预备真空和前级真空,尽量避免大气冲入油扩散泵｡冷却水进气口排气口接机械泵加热炉冷却水真空油喷油嘴图7-0-3 三级油扩散泵(4)油扩散泵停止使用时,需待工作油液冷却后才能关闭前级泵和冷却水,如有可能,将扩散泵始终保持在真空下为好,以免工作油液氧化､裂解,使得蒸汽压提高,泵的极限真空降低｡如发现泵的极限真空达不到要求,可将泵拆去,倒去旧油,严格清洗并烘干,再换以新的工作油液｡ 3.涡轮分子泵涡轮分子泵是适应现代真空技术对于无油高真空环境的要求而产生的一种高真空泵｡与油扩散泵一样,涡轮分子泵也是对气体分子施加作用力,并是气体分子向特定的方向运动的原理来工作的｡如图7-0-4所示,涡轮分子泵的转子叶片具有特定的形状,在它以20000-30000r/min 的高速旋转时,叶片将动量传给气体分子｡同时,涡轮分子泵中装有很多级叶片,上一级叶片输送过来的气体分子又会受到下一级叶片的作用而被进一步压缩至更下一级｡因此,涡轮分子泵的一个特点是其对一般气体分子的抽除极为有效｡例如对于氮气,其压缩比(即泵出口的压力与入口的压力之比)可以达到109｡但是,涡轮分子泵抽取低原子序数气体的能力较差｡例如对氢气,其压缩比仅有103左右｡由于涡轮分子泵对于气体的压缩比很高,因而其油蒸汽的回流可以完全忽略｡涡轮分子泵的极限真空可以达到10-8Pa 数量级,抽速可达1000L/s,而适用的压力范围在1-10-8Pa 之间｡因而,在使用中多用旋片式机械泵作为前级泵｡使用涡轮分子泵应注意的几点:(1)涡轮分子泵不能先于前级泵(机械泵)启动,停机后应立即放气,以防机械泵反油;(2)及时加注和更新润滑油,分子泵被污染时,要及时清洗;(3)涡轮分子泵使用时,应避免剧烈振动,要求防止电磁干扰和强放射性辐射｡三､真空的测量测量真空度的仪器称为真空计｡能直接测得真空度的称为绝对真空计,如以水银柱面的高度差来测真空度的麦克劳真空计即属此类｡绝对真空计操作复杂,一般不易连续测量,常用作计量的基准｡通常使用的是相对真空计,即通过测量与真空度有关的物理量来间接地测量真空度,这种测量真空度的压强传感器称为真空规,与各种真空规相配套的真空仪都属于相对真空计,他们使用比较方便,但准确度较低而且各自的测量范围有限,而且需要用绝对真空计校准｡由于真空度覆盖了十几个数量级的范围,一种真空计难以测量如此宽范围的真空度,因此,常用不同的相对真空计来测量不同的真空度｡每一种真空计都只能测量一定范围的真空度,各种真空计结合起来完成全范围内的真空度的测量｡ 1.热偶真空计热偶真空计是常用的测量低真空的相对真空计,它由热偶规管和与之图7-0-5 热偶规真空计定子转子轴承电机电连接端级间法兰抽气口图7-0-4 涡轮分子泵结构示意图配套的测量电路构成,图7-0-5热偶规管的结构图｡规管上端与要测的低真空相通,ao 和ob 分别为康铜和镍铬丝组成的热电偶,cod 为由铂丝制成的加热用灯丝,加热电流由与c 和d 相联的导线从管脚通入,热电偶的热端o 与灯丝的中部相焊接,灯丝通过加热电流时,使热端温度达到100℃以上,热偶的冷端a ､b 所处的温度基本相同,并由导线从管脚引出,与测量温差电动势的测量仪器相联,测量仪器还提供稳定的灯丝加热电流(丝流).在灯丝加热电流保持一定的条件下,灯丝(即热电偶的热端)的热平衡温度取决于规管所处的真空度:真空度越高,规管内单位体积的气体分子数越少,气体导热性能越差,灯丝和热电偶热端的热平衡温度越高,热电偶冷热两端的温度差越大,温差电动势也就越大,这样由热电偶的温差电动势的大小可间接测出真空度,因为两者的关系很难通过理论计算得到,因此,一般要将热偶真空计用绝对真空计校准｡热偶真空计的量程一般为10-1~10-2Pa,其优点是结构简单,使用方便,缺点是稳定性差,精度不高｡2.电离真空计电离真空计是目前测量高真空的主要仪器,它由电离规管和测量仪器两部分构成,图7-0-6为电离规管的结构图,它由I 形的灯丝(阴极)A ,螺旋状的加速极(栅极)B ,圆筒状的收集极(板极)C 组成.测量时,将规管上部与欲测的真空相通,加上灯丝电流,灯丝被加热而在灯丝表面形成一个“热电子气层”,加速极的电势比灯丝高,于是,热电子在加速电场的作用下飞向加速极｡螺旋状的加速极绕得很疏,大部分电子穿过加速极的间隙飞向收集极,收集极的电势比灯丝低,因此,当电子靠近收集极时,减速电场可使电子反向折回,这样,电子在灯丝与收集极之间可产生次数不同的往返运动,往返中与气体分子可发生碰撞,而使气体分子电离,由一个中性分子分离为正离子和电子,正离子被处于负电势(相对于灯丝)的收集极收集形成离子电流,电子(包含由于碰撞而损失了动能的热电子)被处于正电势的加速极收集形成发射电流｡实验证明,如果保持发射电流恒定,则离子电流与真空度成反比,即离子电流与待测气体的压强成正比,经过用绝对真空计的校准和定标,就可由离子电流的大小来决定真空度｡一般常用的电离真空计的测量范围在10-2~10-5Pa ｡四､真空系统的检漏对于一个真空容器或一个真空系统,首先应检查是否漏气｡检漏的目的是确定真空系统或零部件是否漏气,找出漏孔位置以便修补｡真空系统的检漏一般按下列两个步骤进行:(1)确定是否有漏孔;(2)确定漏孔的位置及大小｡检漏的方法很多,有压力检漏法(水压法､气泡法､卤素检漏､氦质谱法)｡静态升压法是先将真空系统抽到一定压力,用真空阀把系统和真空泵隔开｡这时系统内压力如果直线上升,说明系统存在漏气,如果压力保持不变或变化甚微说明系统不漏气｡高频火花检漏是利用高频火花检漏仪的高频放电线圈所产生的电火花,能聚集于玻璃真空系统的漏孔处,从而可确定漏孔位置｡使用时,接通电源,调节放电火花间隙,当产生击穿放电时,即可将高频放电探头在玻璃接头处或其它可疑处移动,寻找漏孔｡遇到漏孔时,电火花就会集中导向孔中,但不要让放电火花在某一处停留,以免薄玻璃被击穿,造成人为漏孔｡五､真空材料的清洁处理附表7-1 真空单位换算关系图7-0-6 电离真空计。

真空热处理和形变热处理

真空热处理和形变热处理真空可以指压力小于正常一个大气压(负压)的任何气态空间。

当金属的热处理过程是置于真空中进行时，就称为真空热处理。

真空热处理几乎可实现全部热处理工艺，如淬火、退火、回火、渗碳、渗铬、氮化和沉淀硬化等;在淬火工艺中可实现气淬、油淬、硝盐淬火、水淬、脱气等，在通入适当介质后，也可用于化学热处理。

形变热处理(thermal-mechanical treatment)是将形变强化和相变强化相结合的一种综合强化工艺。

它包括金属材料的范性形变和固态相变两种过程，并将两者有机地结合起来，利用金属材料在形变过程中组织结构的改变，影响相变过程和相变产物，以得到所期望的组织与性能。

形变热处理的主要优点是:?将金属材料的成形与获得材料的最终性能结合在一起，简化了生产过程，节约能源消耗及设备投资。

?与普通热处理比较，形变热处理后金属材料能达到更好的强度与韧性相配合的机械性能。

有些钢特别是微合金化钢，唯有采用形变热处理才能充分发挥钢中合金元素的作用,得到强度高、塑性好的性能。

?采用形变热处理工艺不仅可以获得由单一强化方法难以达到的良好的强韧化效果，而且还可大大简化工艺流程，使生产连续化，获得良好的经济效益。

12. 1 真空在热处理中的作用12.1.1 真空基本概述真空状态下负压的程度称为真空度。

真空度最常用的单位是Pa和托(Torr，1Torr=133.3Pa)。

气压越低，真空度越高;气压越高，真空度则越低。

根据真空度的大小，-2-3-4-5真空通常被分为低真空(10,10×1333.3Pa);中真空(10,10×1333.3Pa);高真空(10,-7-810×1333.3Pa)和超高真空(>10×1333.3Pa)四级。

另外，真空度还常用真空状态内水蒸气的露点来表示，它们的关系如表11-1所示:表11-1 真空度和露点的关系-1-2-3-4-5真空度(×133.3Pa) 100 10 1 10 10 10 10 10露点(?) 11 18 -40 -59 -74 -88 -101真空炉中的气体包括残留空气、炉体，工件内释放的气体;润滑油蒸发气体和外界渗入气体等，非常复杂，必须要用真空泵不停排气以保证达到所需要的真空度。

真空的概念

真空的概念在给定的空间内低于标准大气压的气体状态称为真空。

所谓真空，仅仅是指气体稀薄的状态，没有任何物质的“绝对真空”是不存在的。

1.真空的度量和真空区城的划分在真空技术中，用“真空度”表示气体稀薄的程度，也就是气体压强的高低。

气体越稀薄其压强就越低，即真空度越高;反之，气体压强越高，其真空度越低。

通常我们所说的气体的“压强低”与“真空度高”的意义是相同的，气体压强，是气体分子作用于单位面积上的力。

大气中0℃时760毫米汞柱所产生的压强，称为一个“标准大气压”。

真空技术中用压强作为真空的测量.单位，其单位用“毫米汞柱”即“托”来表示。

2常用的真空技术名词(一)真空度:表示真空状态下气体稀薄的程度，通常用压强值“托”表示。

(二)极限真空:真空系统或真空泵在给定条件下，经充分抽气后，所能达到的稳定的最低压强。

(三)反压强:真空系统中有前级真空的真空泵的出口压强。

(四)抽气速率:在一定压强和温度下，单位时间内泵从被抽容器抽除的气体体积。

(五)漏气速率。

单位时间内，气体通过漏孔漏入到真空容器中的气体量。

单位为托·升/秒。

(六)压升率:真空系统或被抽容器，在单位时间内，因漏气而导致压强升高的值。

单位为托/分或徽米汞往/分。

(七)总压强:真空系统中所有气体分压强的总和。

(八)分压强:真空系统中各种单一气体所具有的压强。

(九)饱和蒸气压:在一定的温度下，物质蒸发到空间所能达到的最大分压，称为该物质在此溢度下的饱和蒸气压。

(十)平均自由程:一个分子与其他气体分子每连续两次碰撞所走过的路程叫自由程，相当多的不同自由程的平均值叫平均自由程。

(十一)粘滞流:气体分子平均自由程比导管截面最，线性尺寸小得多的气体流动。

(十二)分子流:气体分子平均自由程大于导管截面最大线性尺寸的气体流动。

(十三)粘滞一分子流:处于粘滞流和分子流之间的流动。

3真空度和相对杂质量在真空状态下，不论其真空度多高，仍然存在微量气体以及氧、水蒸气等杂质二个大气压的空气中，每立方厘米中的分子数为2.687X 1019个，真空度10-6托的空气中，每立方厘米中的分子数为3.2.4 x 1010个。

【气体知识】真空知识

【气体知识】真空知识一、真空的基本概念真空技术中，“真空”泛指在给定的空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，也就是说，同正常的大气压相比，是较为稀薄的一种气体状态。

真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。

根据真空技术的理论，真空度的高低通常都用气体的压强来表示。

在国际单位制中，压强是以帕(Pa)为单位1Pa=1N/m2。

另外常用的单位还有托(Torr)、毫米汞柱(mmHg)、毫巴 (mbar)、工程大气压(公斤／厘米2)等。

真空区域的划分没有统一规定，我国通常是这样划分的：粗真空：(760～10)托低真空：(10～10-3)托高真空：(10-3～10-8)托超高真空：(10-8～10-12)托极高真空：10-12托托和帕的关系：1 托=1 毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa，1 帕=7.5×10-3 托。

真空区域的特点不同其应用也不同，例如吸尘器工作于粗真空区域，暖瓶、灯泡等工作于低真空区域，而真空开关管和其它一些电真空器件则是工作在高真空区域。

二、真空间隙的绝缘特性真空中放置一对电极，加上高压时，在一定的电压下也会产生电极之间的电击穿。

它的击穿与空气中的电击穿有很大不同。

空气中的击穿是由于气体中的少量自由电子在电场作用下高速度运动，与气体分子碰撞产生较多的电子和离子，新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子。

这种雪崩式的电离过程，在电极间形成了放电通道，产生了电弧。

而真空中，由于压强较低，气体分子极少，在这样的环境中，即使电极间隙中存在着电子，它们从一个电极飞向另一个电极时，也很少有机会与气体分子碰撞。

因而不可能有电子和气体分子碰撞造成雪崩式的电击穿。

正是因为气体分子十分稀少，真空间隙电击穿需要在非常高的电压下出现场致发射等其它现象时才有可能形成。

从理论上推测，电场强度需达到108V/cm以上时才会造成电击穿，实际上真空间隙的绝缘强度由于一系列不利因素例如电极表面粗糙度、洁净度等的影响，将低于理论计算值几个数量级。

真空水沸点

真空水沸点摘要：1.引言：介绍真空和水沸点的基本概念2.真空度的定义和测量方法3.水沸点与气压的关系4.真空下水的沸点变化5.应用：真空烹饪的优势6.结论：总结真空和水沸点之间的关系以及真空烹饪的价值正文：一、引言真空，是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态。

水沸点，是指水在一定气压下从液态变为气态的温度。

在日常生活中，我们常常会接触到这两个概念，尤其是在烹饪领域。

本文将从真空和水沸点的基本概念入手，探讨它们之间的关系以及真空烹饪的优势。

二、真空度的定义和测量方法真空度是指一个空间内气体压力低于标准大气压的程度。

通常用毫米汞柱（mmHg）或帕斯卡（Pa）表示。

真空度的测量方法有多种，如使用液体压力计、薄膜压力计或用电子传感器等。

三、水沸点与气压的关系在标准大气压下，即1 个大气压（101.3 kPa），水的沸点为100 摄氏度。

然而，随着气压的改变，水的沸点也会发生变化。

当气压降低时，水的沸点会降低；反之，当气压升高时，水的沸点会升高。

四、真空下水的沸点变化在真空环境下，由于气体压力极低，水的沸点会降低。

在真空度较高的情况下，水的沸点可能降至室温甚至更低。

这种现象使得在真空环境下进行烹饪成为可能。

五、应用：真空烹饪的优势真空烹饪是一种利用真空度较低的环境来加热食物的方法。

由于真空环境下水的沸点降低，食物在较低的温度下就可以煮熟。

真空烹饪的优势主要体现在以下几个方面：1.保留食物的营养成分：由于烹饪温度较低，食物中的营养成分得以更好地保留。

2.口感更佳：真空烹饪能使食物更加鲜嫩多汁，口感更佳。

3.节能环保：真空烹饪在较低温度下进行，能耗较低，有助于节能减排。

4.安全卫生：真空烹饪过程中，食物表面的细菌和病毒难以生存，有助于提高食物的安全性。

六、结论总之，真空和水沸点之间的关系以及真空烹饪的价值在烹饪领域得到了广泛应用。

通过利用真空环境下水的沸点变化，真空烹饪能够在较低的温度下煮熟食物，保留营养成分，提高口感，节能减排，提高食品安全性。