真空基本知识

真空基本知识

从第一讲的介绍已经知道：真空这个概念实际上只是泛指低于大气压的气体状态。因此，这个科学名词实际上是不科学的。“真空”并非一无所有，因为大气实际上是抽不尽的。即便用现代最先进的抽气手段去抽气，在达到10-12 Pa 的压力时,每1个cm3的空间内仍然有几千个气体分子。美国“阿波罗11号”航天器登月后，宇航员曾用真空测量仪器实测验了月球表面的真空度。在该测量点，日出时的真空度为10-10 Pa，日落后真空度约为10-12 Pa。这就表明在寂静荒凉的月球上，“真空”也是不空的。在物理学中，计算大气的分子密度有如下的近似公式。 N =7.3×1016 P/T 式中，N是大气的分子密度（个/cm3）；P是气体的压力，即表征现在所说的真空度（Pa）；T是热力学温度（ K ）。从这个公式可以知道，真空容器中气体分子的密度与真空度和温度都有关系。在月球表面每1cm3空间的中还有几千个气体分子。在标准状态下（常温常压），1 cm3的空间中气体分子数多达1021个。

2、压力的单位

在真空的发展史中，常用到的两个表征压力的单位是T orrt和Pa。Torr =1mmHg,，Torr与 Pa之间的关系是如何推算呢？物理学中，计算压力的公式是：P = ρgh式中，P代表气体的压力（Pa）；ρ是密度（水银的密度为136 kg /m3）；g是重力加速度（9.8 m/s2）;h是表征压力的水银柱高度（m）。如果以1个大气压来计算，将h =0.76 m 代入上式，可得P ≈105 Pa 。如果以h = 1 mm =10-3m代入，则得

P ≈ 133 Pa。这就是说1Torr ≈ 133 Pa。Pa是代表压力的国际计量单位。中国真空网上，压力的单位都有用Pa来表示。

3、稀薄气体的特性

真空条件下，容器内的气体分子数明显减少。随着分子数目的减少，分子之间、分子与器壁之间相互碰撞的次数逐渐减少。这就给气体分子在空间的自由飞行创造了有利的条件。与此同时，一个在真空物理中的专用名词——“平均自由程”就出现了。平均自由程指的是分子的分子是自由运动的平均路程。即分子在热运动的过程中经过两次碰撞后行进的路程。由于分子的热运动总是处于杂乱无章的状态中，所以这种自由运动的路程绝对不会是相同的。为了说明问题，就把许多分子经过两次碰撞后行进的路程进行平均计算，这个值就叫做气体分子的平均自由程。在真空物理中，它的近似计算公式是λ= 5×10-3/P 式中, λ是气体分子的平均自由程（cm）；P是压力（Pa）。

λ的大小实际上反映了气体的稀薄程度。按上式计算，在常压下，λ= 0.06 μ当P = 10-6 Pa 时,λ= 5000m。这时，气体分子之间相互碰撞的机会已经很小了。在许多真空应用中，正是利用了这个特殊的环境条件。

随着容器内气体分子数目的减少，自然就出现了真空度不断提高的过程。“真空度”又是一个在真空物理中经常出现的专有名词。也表征了低压容器中气态物质的稀薄程度。气体压力越低，它的稀薄程度就越大，即真空度越高。因此，低压力与高真空或高压力与低真空在含意上是完全相同的。

4 真空区域的划分

有了真空度的单位Pa以后，就可心按一定的习惯来定量表示真空度的高低了。在习惯，当人们只需要定性地指出真空状态的大致情况时，采用划分真空区域的方法是比较方便的。

真空的区域的划分方法目前在国内外都没有统一。为访问中国真空网的朋友方便起见，我们在这里告诉大家中国真空网选用的真空区域的划分方法。

粗真空（1330 Pa — 105 Pa）、低真空（0.1Pa — 1330 Pa）、高真空（10-6 Pa —10-1 Pa）、超高真空（10-12 Pa — 10-6 Pa）、极高真空（低于10-12 Pa）。这5个专有名词在真空技术中是屡见不鲜的。它们分别表示了不同的低压状态。根据真空应用的领域的不同，人们选择不同的真空区域是必然的。