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關于真空的一些知識點整理:真空、標準大氣、真空容器密封
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2022-11-08  閱讀

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  【康沃真空網】在真空科學中,真空的含義是指在給定的空間內低于一個大氣壓力的氣體狀態。人們通常把這種稀薄的氣體狀態稱為真空狀況。這種特定的真空狀態與人類賴以生存的大氣在狀態相比較,主要有如下幾個基本特點:

  ( 1 )真空狀態下的氣體壓力低于一個大氣壓,因此,處于地球表面上的各種真空容器中,必將受到大氣壓力的作用,其壓強差的大小由容器內外的壓差值而定。由于作用在地球表面上的一個大氣壓約為 10135N/m2,因此當容器內壓力很小時,則容器所承受的大氣壓力可達到一個大氣壓。不同壓強下單位面積上的作用力,如表 1 所示。

  ( 2 )真空狀態下由于氣體稀薄,單位體積內的氣體分子數,即氣體的分子密度小于大氣壓力的氣體分子密度。因此,分子之間、分子與其他質點(如電子、離子等)之間以及分子與各種表面(如器壁)之間相互碰撞次數相對減少,使氣體的分子自由程增大。表 2 給出了常溫下大氣分子平均自由程與大氣壓力的關系。

表 1 不同壓力下單位面積上的作用力
壓力 (Pa)
作用力 (kg/cm2 )
壓力 (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 常溫下大氣分子平均自由程與大氣壓力的關系

大氣壓力 (Pa)
平均自由程 (cm)
大氣 壓力 (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) 真空狀態下由于分子密度的減小,因此做為組成大氣組分的氧、氫等氣體含量 ( 也包括水分的含量 ) 也將相對減少。表 3 給出了標準大氣的成份。

表 1 標準大氣的成分

成分
分子量
容積百分比
重量百分比

分壓強(托)

N2(氮)
28.0134
7.084
75.520
593.44
O2(氧)
31.9988
20.948
23.142
159.20
Ar (氬)
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(氫)
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~ 痕跡量
0~ 痕跡量
0~ 痕跡量

CO (一氧化碳)

28.01055
0~ 痕跡量
0~ 痕跡量
0~ 痕跡量
I2(碘)
253.8088
0~1 × 10-6
0~9 × 10-5
0~8 × 10*6*

  真空容器密封材料的要求:

  ①有足夠低的飽和蒸氣壓。一般低真空時,其室溫下的飽和蒸氣壓力應小于1.3×10-1~1.3×10-2Pa。高真空時,應小于1.3×10-3~1.3×10-5Pa。

  ②化學及熱穩定性好。在密封部位,不因合理的溫升雨發生軟化,發生化學反應或揮發,甚至被大氣沖破。

  ③有一定的機械及物理性能。冷卻后硬化的固態密封材料、可塑密封材料或干燥后硬化的封蠟等,要能夠平滑地緊貼密封表面,無氣泡、無皺紋。當溫度變化時,不應變脆或裂開。液態或膠態密封材料應保持原有粘性。

  ④某些密封材料應能溶于某些溶劑中,以便更換時易于清洗掉。

  對真空中應用的材料除上述要求外,在某些情況下還必須考慮其電學性能、絕緣性能、光學性能、磁性能和導熱性能等等。

  當然,除了材料的以上性能外,還要考慮材料的成本、利用率及選購的可能性等。