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PAGE 1 PAGE 4 2011年_11_月_18_日第__12_周 星期_5__上午 □ 下午 □ 大学物理仿真实验报告 真空实验 真空实验 一、实验目的 1学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象 2用U型计和热偶计测量真空随时间变化的关系曲线 二、实验原理 1、真空的基本概念 (1)真空：低于一个大气压的气体状态。 自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。 人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。 (2)真空量度单位 1标准大气压=760mmHg=760(Torr) 1标准大气压=1.013×105 Pa 1Torr=133.3Pa (3)真空区域的划分 目前尚无统一规定，常见的划分为： 粗真空 105—103 Pa 低真空 103—10-1 Pa 高真空 10-1—10-6 Pa 超高真空 10-6—10-10 Pa 极高真空 10-10 Pa 2、真空的获得—真空泵 原理：如图所示，当泵工作后，形成压差，p1 p2，实现了抽气。 真空泵的分类 气体传输泵是一种能将气体不断地吸入并排出泵外以达到抽气目的的真空泵，例如旋片机械泵、油扩散泵、涡轮分子泵。 气体捕集泵是一种使气体分子短期或永久吸附、凝结在泵内表面的真空泵，例如分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵、低温泵和吸气剂泵。 3、真空测量 (1)U型压力计 水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。一般压力计一端封闭，另一端接入真空系统，封闭端为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。对于精密工作则需进行温度修正。对于压力较低（低于10-3 Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多。绝对压力由p=ρgh给出期中h是油压力计的读数。 (2)高频电火花真空测定仪。 (3) 定容法测机械泵的有效抽速 设被抽容器的容积为V, 气体压强为p, 容器内的气体总量为pV。 令机械泵的有效抽速s, 则dt时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即 式中V是恒量，故有 由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。由实验可知，气压p在105—103Pa之间，s是常量。测量机械泵有效抽速是实验内容之一。 (4)热偶真空计(热传导真空计) 热偶真空计是一种热传导真空计。热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。 如图所示，在玻璃管中封入加热丝C、D及两根不同金属丝A与B制成的一对热电偶。当C和D通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶A、B两段的热电动势E增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系，下图给出了热偶计刻度曲线。 热偶真空计的测量范围大约在100— 0.1Pa之间 。低真空的应用主要涉及真空疏松、真空过滤、真空成型、真空装卸、真空干燥及震动浓缩等，在纺织、粮食加工、矿山、铸造、医药等部门有着广泛的应用。 三、实验仪器 玻璃真空系统包括：热偶真空计、旋片式机械泵、热偶规管、高频电火花真空测定仪、FZh-2B型复合真空计。 四．实验步骤及结果 实验步骤：调节热偶真空计至测量状态→打开U型压力计通气，待水银柱稳定后关闭总通气孔→打开气泵电源开关抽气，同时开启计时系统每隔10s记录一次，当U型压力计示数稳定后 ，热偶真空计指针开始变化，此时注意观察高频电火花真空测定仪放电辉光的变化情况→计时自动停止后，先关闭U型压力计气孔，???关断气泵电源开关，最后打开总通气孔通气，实验结束后记得快速抓图 五、思考题 1.?高频电火花真空测定仪可检测的真空度范围是 ﹙a﹚ （a）103—10-1Pa （b）任何真空度 （c）102—10-2Pa 2.热偶真空计的测量下限为10-1Pa，原因是 ﹙c﹚ （a）热电偶的性能 （b）热丝电流饱和 （c）热丝引线的热传导和热辐射占主导地位。 3.关机械泵后一定要将大气放入 ﹙b﹚ （a）真空系统 （b）机械泵内腔 （c）U型计 4.?使用高频电火花真空测定仪或放电管会引起 ﹙b﹚ （a）系统真空度提高 （b）系统真空度减小（c）系统损坏 5.?研究放电对真空度和热偶计的影响。 答：1）当高频电火花真空测定仪接通电源后，调节放电火花间隙，产生击穿放电时，辉光的颜色不断变化，这时真空度也不断地变化，根据颜色变化可大致判断真空度的量级。 2）当热偶真空计中通以恒定的电流时，内部的气体压强降低，电动势也会相应的变化，进而反应出热偶计产生的热电势和输出电压的变化。