真空的基本概念.pptVIP

真空的基本概念 1.? 前言 ?真空是一個特殊的環境空間，裏面有相對較低的氣體分子密度，可以提供一個較純淨不受氣體分子干擾的環境，如降低氣體分子間碰撞、降低活性氣體分子的污染等，以利研究或產品生產。自托里切利在水銀柱大氣壓力實驗中訂出毫米汞柱(托爾)氣壓單位以來，歷經數百年的發展，真空已成為一專門的學問。但在早期受限於元件材料、抽氣器械的發展遲緩而沒有突破性的進展，直到40年前，高真空仍是一項十分困難的技術。現今由於材料科學、真空幫浦技術及真空應用研究與產業的蓬勃發展之賜，不但超高真空技術已被廣泛使用，極高真空技術也已不再是科學殿堂中遙不可及的科技。 何 謂 真 空 所謂真空係針對大氣而言,表示一特定空間內的部份氣體被排出,其壓力小於一大氣壓;在真空技術中,一密閉容器雖保持真空,但並非真正的空,事實上以目前技術所及的超高真空狀態,其中仍有為數可觀的氣體分子存在 (每立方公分約有 3*109個分子) 真空的定義 絕對真空：即空無一物，也可稱為理想真空。 相對真空：即一般所謂的真空，表示某一特定空間內氣體壓力小於一大氣壓。 自然真空：存在於自然界的真空，如外太空、月球表面。 人造真空：以人為力量造成的真空，如利用真空幫浦對某一特定空間排氣而達到之相對真空。 大 氣 與 大 氣 壓 地球表面上由於氣體分子以高速作隨意方向的運動,而產生 760 torr 的大氣壓力;在此一大氣壓的情況下,氮氣與氧氣佔了99%以上,但如使用真空幫浦對原本一大氣壓的容器抽氣,則其成份將隨壓力的大小而改變,當壓力在 10-3 torr 時,水氣可能佔了 75% - 95% 真 空 之 分 類 一般將真空依壓力大小區分為四個區域 1.粗略真空 : 760 - 1 torr 2.中度真空 : 1-10-3 torr 3.高 真 空 : 10-3 - 10-7 torr 4.超高真空 : 10-7 torr 以下 氣 流 之 區 分 黏滯流 : ( ?/d 0.01 ) 1.湍流 : 760-50 torr 2.層流 : 50-0.2 torr 過渡流 : ( 1?/d 0.01) 1. 0.2-3*10-3 torr 分子流 : (?/d 1) 1. 3*10-3 torr 以下 黏滯流：在粗略真空時氣流運動是呈黏滯流狀態，主要是由氣體分子與氣體分子間頻繁的碰撞來決定它的一些特性： (a.) 分子平均自由徑遠小於管路直徑。 (b.) 氣體分子間之碰撞次數遠大於碰撞管壁次數。 (c.) 氣體分子間受黏滯力作用，運動時具有方向性，並且沿著抽氣方向運動，所以在此氣流狀態中可以防止幫浦油氣回溯，如圖一所示: 過渡流：在中度真空時氣流運動為過渡流狀態，其運動特性介於黏滯流與分子流之間，此時分子平均自由徑大約等於管路直徑 分子流：在高真空或超高真空時氣流運動以分子流狀態為主，此時氣體分子呈自由運動狀態，在真空系統中它的特性有： (a.) 分子平均自由徑大於管路直徑。 (b.) 氣體分子碰撞管壁機會要比彼此碰撞機會多。 (c.) 氣體分子在管路中呈自由運動狀態，不受抽氣方向影響 氣 體 性 質 真空技術中,主要是處理小於一大氣壓的狀態,氣體或蒸氣在低壓時,其特性可由氣體動力論的結果加以描述 P = n K T 氣體密度 , n (每立方公分下氣體分子數) 一大氣壓0度C時,氣體分子密度為 9.656*10^18 ( 760/273.16 )