真空技术及真空计量基本知识

1 / 191 / 19 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：TPn61024.7式中 n 为气体分子数密度（cm-3），由此可见，即便在PaP11103.1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kTVNp2 / 192 / 19 动与温度有关，因此我们称之为热运动。做无规则运动的气体速度不都具有相同的值，而是形成一个各种速度的速度分布，具有最大速度和最小速度的分子数都比较少，而具有“中等”速度的分子数比较多，速度的分布是有规律的。容器中的气体， 施于器壁或测量元件的压力，是大量气体分子不断对他们进行碰撞的结果。我们知道，所有气体分子都在以各种可能的速度和方向无规则的运动着，随时都有一部分分子碰撞到器壁或测量元件上，并把它们的动量传递给被碰撞的物体，对于一个分子来讲，它每次碰撞在什么地方，有多大的动量都是偶然的，不确定的。...