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*
O₃ （臭氧）		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