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[书籍资料] 关于真空的碎碎念~各种可爱的真空泵及真空计参上

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浑狱弥

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第一章

Chang & Heavy Ion holic

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发表于 2012-11-17 18:51:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由浑狱弥于 2013-2-2 14:52 编辑

很多漂亮的理论都有一个前提——真空。当然验证这些理论，就要达到真空。
由于生活在大气之中，绝对真空以现实的条件是得不到的，那么实验室中的真空都是如何定义的？

首先来介绍一个概念：气体分子的平均自由程 $\bar{\lambda}$
                  忽略气体分子除碰撞之外的作用力（即分子在碰撞之外走直线），气体分子两次碰撞之间走的直线路程的程度为自由程。
                  每个分子任意两次碰撞之间的自由程具有偶然性，统计取所有分子走过的自由程的平均值。
关于气体分子平均自由程的一些公式：其中 $d$ 为有效分子直径， $T，P$ 分别为压强及温度。
                   $\bar{\lambda}=\frac{1}{\sqrt{2}\pi d^{2}n} \quad    \bar{\lambda}=\frac{kT}{\sqrt{2}\pi d^{2}p}$
                  即满足 $T$ 一定时， $\bar{\lambda}\propto\frac{1}{p}$
                           $p$ 一定时， $\bar{\lambda}\propto T$
                  分子按自由程分布（推导）：
                   $N=N_0 e^{-x/\bar{\lambda}$ $-dN=\frac{1}{\bar{\lambda}}N_0 e^{-x/\bar{\lambda}}dx$
                   $\frac{-dN}{N_0}=f\left(x\right)dx=\frac{1}{\bar{\lambda}}e^{-x/\bar{\lambda}}dx$

气体输运过程规律，要求气体不能太稀薄，平均自由程满足（ $d，L$ 分别为气体分子有效直径和分子间距： $d\ll\bar{\lambda}\ll L$
如果气体太稀薄，压强太小，就不能满足平均自由程比容器特征尺寸小的条件。
工程技术上的真空分类： $\bar{\lambda}\ll L$ 低真空， $\bar{\lambda}\le L$ 中真空
                                 $\bar{\lambda}> L$ 高真空， $\bar{\lambda}\gg L$ 超高真空

真空区域	压强范围（Pa）
低真空	$101325\sim 1333$
中真空	$1333\sim 1.33\times 10^{-1}$
高真空	$1.33\times 10^{-1}\sim 10^{-6}$
超高真空	$10^{-6}\sim 10^{-10}$
极高真空	$<10^{-10}$

真空中的输运过程：
                  温度一定时，超高真空气体单位时间内在单位面积上传递的热量与压强成正比，即
                  $J\propto pT^{-\frac{1}{2}}\left(T_1 -T_2\right)$

真空的获得：真空泵（按原理分为两类）
         1.将容器中气体传输到狭义级泵或大气中去：变容积泵、动量传递泵
         2.容器中的气体被吸附或冷凝在泵的内表面上：吸附泵、低温泵、离子泵

真空泵	实物图片	原理图
旋转真空泵	登录/注册后可看大图	登录/注册后可看大图
罗茨泵	登录/注册后可看大图	登录/注册后可看大图
干泵	登录/注册后可看大图 [td]	登录/注册后可看大图 1 —高压侧再生级;2 —低压侧牵引级;3 —入口; 4 —入口过滤网;5 —上悬轴承;6 —进/ 出水口; 7 —屏蔽罩;8 —下轴承;9 —吸油泵; 10 —集成油过滤器;11 —电机;12 —排气室
涡轮分子泵	登录/注册后可看大图	登录/注册后可看大图立式涡轮分子泵
扩散泵	登录/注册后可看大图	登录/注册后可看大图
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真空的测量：真空计（按测量方式分为两类）
1.直接型：液位高度差，机械形变等，可以直接给出压强值，属于绝对真空计。
2.间接型：用气体某些物理性质来测量压强。属于相对真空计需要用绝对真空计来校准。

真空计	实物图片	原理图
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