真空的获得与测量

实验4-1 真空的获得与测量 一、基本知识基本知识 1、真空度量单位和区域的一般划分真空度量单位和区域的一般划分 真空度是对气体稀薄程度的一种客观度量，最直接的物理量应该是每单位体积中的分子数，但由于历史的原因，真空度的高低通常以气体的压强来表示。气体压强越低，真空度就越高，气体压强越高，真空度就越低。 国际计量大会规定的国际单位制（SI）压强单位是帕斯卡（Pascal），简称帕(Pa)。一帕等于 1 牛顿/米 2。早期曾以一毫米汞柱（㎜ Hg）作为压强单位，将 760 ㎜ Hg 规定为一个标准大气压。 但后来发现汞有七种同位素，纯汞也就没有确定的密度，因此以一毫米汞柱（㎜ Hg）作为压强单位是不标准的，经第十届国际计量大会规定，改用帕(Pa)来定义标准大气压。 1 标准大气压（ATM）=101325 帕(Pa)，并规定标准大气压的1/760 称为 1 托（Torr）： 1 托（Torr）=7601标准气压=133.322 牛顿/米 2=133.322 帕(Pa) 以帕(Pa)规定的标准大气压是绝对严格的，它在数值上与汞柱规定的“标准大气压”几乎相等（1 毫米汞柱=1.00000014 托）。 真空区域的划分，国际上还没有统一的规定，国内也不尽一致。通常分为以下五个区域： 粗真空 760～10 托（1.013×105～1.333×103 帕） 低真空 10～10-3 托（1.013×103～1.333×10-1 帕） 高真空 10-3～10-8 托（1.333×10-1～1.333×10-6 帕） 超高真空 10-8～10-12 托（1.333×10-6～1.333×10-10 帕） 极高真空 ﹤10-12 托（1.333×10-10 帕） 2、真空的基本特点真空的基本特点 从物理现象来看，粗真空以分子相互碰撞为主，即分子自由程λ≤容器尺寸 d ；低真空则是分子相互碰撞和与器壁碰撞不相上下；高真空时以分子与器壁碰撞为主，即λ》d ；超高真空时分子碰撞器壁的次数已很少了，形成一个单分子层的时间已达到以分钟计；极高真空时分子数已很稀少，统计涨落现象已较严重（﹥5%），经典统计规律产生了偏差。 同一种气体分子的平均自由程为： λ =Ρ22πσkT (1) 式中σ为分子直径，P为压强，T为气体温度，k为波尔兹曼常数。 氮气在压强为 10-9 Torr 室温的平均自由程为 50km，电子和离子的平均自由程分别是气体分子的平均自由程的 4 2 和2 倍。因此除非在宇宙空间，几乎所有地面上体积有限的超高真空系统中，气体分子之间或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可近视忽略。这就为电真空器件、粒子加速器、原子能科学的发展提供了...