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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:

       ?、儆凶銐虻偷娘柡驼魵鈮?。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。

       ?、诨瘜W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。

       ?、塾幸欢ǖ臋C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。

       ?、苣承┟芊獠牧蠎苋苡谀承┤軇┲?,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。

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