真空的含义及特点

2020-04-18 真空技术网 网络

  在真空科学中,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。人们通常把这种稀薄的气体状态称为真空状况。这种特定的真空状态与人类赖以生存的大气在状态相比较,主要有如下几个基本特点:

  ( 1 )真空状态下的气体压力低于一个大气压,因此,处于地球表面上的各种真空容器中,必将受到大气压力的作用,其压强差的大小由容器内外的压差值而定。由于作用在地球表面上的一个大气压约为 10135N/m2,因此当容器内压力很小时,则容器所承受的大气压力可达到一个大气压。不同压强下单位面积上的作用力,如表 1 所示。

  ( 2 )真空状态下由于气体稀薄,单位体积内的气体分子数,即气体的分子密度小于大气压力的气体分子密度。因此,分子之间、分子与其他质点(如电子、离子等)之间以及分子与各种表面(如器壁)之间相互碰撞次数相对减少,使气体的分子自由程增大。表 2 给出了常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系。

表 1 不同压力下单位面积上的作用力

压力 (Pa)

作用力 (kg/cm2 )

压力 (Pa)

作用力 (kg/cm2 )

105

1.03328

5 × 103

6.79755 × 10-2

5 × 104

6.79755 × 10-1

1 × 103

1.35951 × 10-2

3 × 104

4.07853 × 10-1

5 × 102

6.79755 × 10-3

1 × 104

1.35951 × 10-1

1 × 102

1.35951 × 10-3

表 2 常温下大气分子平均自由程与大气压力的关系

大气压力 (Pa)

平均自由程 (cm)

大气 压力 (Pa)

平均自由程 (cm)

105

6.5 × 10-6

1 × 10-3

5 × 102

103

5 × 10-4

1 × 10-6

5 × 10-5

102

5 × 10-3

1 × 10-9

5 × 108

1 × 10-1

5 × 100

1 × 10-4

5 × 1013

  (3) 真空状态下由于分子密度的减小,因此做为组成大气组分的氧、氢等气体含量 ( 也包括水分的含量 ) 也将相对减少。表 3 给出了标准大气的成份。

表 1 标准大气的成分

成分

分子量

容积百分比

重量百分比

分压强(托)

N2(氮)

28.0134

7.084

75.520

593.44

O2(氧)

31.9988

20.948

23.142

159.20

Ar (氩)

39.984

0.934

1.288

7.10

CO2(二氧化碳)

44.00995

3.14 × 10-2

4.8 × 10-2

2.4 × 10 -1*

Ne (氖)

20.183

1.82 × 10-3

1.3 × 10-3

1.4 × 10-2

He (氦)

4.0026

5.24 × 10-4

6.9 × 10-9

4.0 × 10-3

Kr (氪)

83.80

1.14 × 10-4

3.3 × 10-4

8.7 × 10-4

Xe (氙)

131.30

8.7 × 10-6

3.9 × 10-3

6.6 × 10-5

H2(氢)

2.01594

5 × 10-5

3.5 × 10-6

4 × 10-4

CH4(甲烷)

16.04303

2 × 10-4

1 × 10-4

1.5 × 10-3

N2O (氧化二氮)

44.0128

5 × 10-5

8 × 10-4

4 × 10-3

O3 (臭氧)

47.9982

夏: 0~7 × 10-6

0~1 × 10-5

0~5 × 10-5*

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冬: 0~2 × 10-6

0~0.3 × 10-5

0~1.5 × 10-5*

SO2 (二氧化硫)

64.0628

0~1 × 10-4

0~2 × 10-4

0~8 × 10-4*

NO2 (二氧化氮)

46.055

0~2 × 10-6

0~3 × 10-6

90~1.5 × 10-5*

NH3 (氨)

17.03061

0~ 痕迹量

0~ 痕迹量

0~ 痕迹量

CO (一氧化碳)

28.01055

0~ 痕迹量

0~ 痕迹量

0~ 痕迹量

I2(碘)

253.8088

0~1 × 10-6

0~9 × 10-5

0~8 × 10*6*

  * 表示随时间、地点而变化的值

  真空的这些特点、已被人们在丰富的生产与科学实验中加以利用,这一点我们将在下节中详述。

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