第1讲：真空科学的发展及应用

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1、[简介]:人们或许是受翻译国外书刊的影响，通常在回顾真空科学发展史时，常常误认为1643年托里析利的压力实验和1650年葛利克发明抽气机是对真空这一现象的最早发现，其实早在公元前六世纪我国在冶铁技术中即采用了风箱鼓风法，那时称风箱为“鞲鞴”。战国时期“老子道德经”一书说“鞲鞴”是虏而不屈、动而愈出”，这是利用真空吸气原理的有记载的描述。而欧州到十六世纪才发明这种设备。中国晋朝炼丹家和医生葛洪(公元218～3l6年)在“肘后备急方”中所介绍的利用气体的热胀冷缩、创造的“拔火罐”医疗法、正是真空技术在医学上应用的具体例证。因为发生在火罐里的现象正是一个获得真空和应用真空的

2、完好过程。这种获得真空的方法比托里析利用水银赶走玻璃管中的大气而获得的真空方法还要高明。因为在罐内燃纸加热大气、不但能赶走罐内的部分大气，而且还可以把罐中的氧气烧掉、这至少可以使罐中产生五分之四个大气压力的真空。即相当于在罐中获得6×104Pa的低压。至于葛利克的抽气机与我国古代所采用的风箱抽气比较，在抽气原理上是相同的。不过在我国“天工开物”一书中记载的利用“风箱鼓风炼铁”要比葛利克抽出他的“金属半球”中的气体，在时间上至少早几百年，因此在我们回顾真空科学发展历程时，是不应当忘记我们的祖先、对人类在早期发展真空技术所做出的贡献。人们或许是受翻译国外书刊的影响，通常在

3、回顾真空科学发展史时，常常误认为1643年托里析利的压力实验和1650年葛利克发明抽气机是对真空这一现象的最早发现，其实早在公元前六世纪我国在冶铁技术中即采用了风箱鼓风法，那时称风箱为“鞲鞴”。战国时期“老子道德经”一书说“鞲鞴”是虏而不屈、动而愈出”，这是利用真空吸气原理的有记载的描述。而欧州到十六世纪才发明这种设备。中国晋朝炼丹家和医生葛洪(公元218～3l6年)在“肘后备急方”中所介绍的利用气体的热胀冷缩、创造的“拔火罐”医疗法、正是真空技术在医学上应用的具体例证。因为发生在火罐里的现象正是一个获得真空和应用真空的完好过程。这种获得真空的方法比托里析利用水银赶走

4、玻璃管中的大气而获得的真空方法还要高明。因为在罐内燃纸加热大气、不但能赶走罐内的部分大气，而且还可以把罐中的氧气烧掉、这至少可以使罐中产生五分之四个大气压力的真空。即相当于在罐中获得6×104Pa的低压。至于葛利克的抽气机与我国古代所采用的风箱抽气比较，在抽气原理上是相同的。不过在我国“天工开物”一书中记载的利用“风箱鼓风炼铁”要比葛利克抽出他的“金属半球”中的气体，在时间上至少早几百年，因此在我们回顾真空科学发展历程时，是不应当忘记我们的祖先、对人类在早期发展真空技术所做出的贡献。1、真空的含义及特点    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

5、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。    （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

6、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)1051．033285×1036.79755×10-25×1046.79755×10-11×1031.35951×10-23×1044.07853×10-15×1026.79755×10-31×1041.35951×10-11×1021.35951×10-3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)

7、平均自由程(cm)大气压力(Pa)平均自由程(cm)1056.5×10-61×10-35×1021035×10-41×10-65×10-51025×10-31×10-95×1081×10-15×1001×10-45×1013(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）28.013479.08475.520593.44O2（氧）31.998820.94823.142159.20Ar（氩）39.9