什么是真空 真空的含义及特点
发布时间：2024/5/21 10:06:00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。
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 |
( 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 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* |
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* |