真空-第一章講義.pptVIP

第一章 真空概論 Outline 真空定義與歷史 真空壓力單位與大氣組成 氣體分子動力論 真空的區分 真空定義與歷史 真空定義 真空的發現？ 1643年，托理切利汞柱 實驗發現托理切利真空 Vacuum: 一字源至於拉丁字，其原意為empty之意。 何謂真空？ 在一空間中其內部之氣體分子，利用外力將其排除所形成之物理狀態。空間內氣體分子所產生的壓力比大氣壓小者稱之為真空。 絕對真空存在？ 76cm 水銀 托里切利真空 真空壓力單位 壓力與大氣組成 氣體之分壓 空氣中含有十二種以上之不同氣體分子，每一種氣體分子呈現出其特有之分壓 水蒸氣的分壓隨環境溫度的變化而有所不同 在20C且溼度為50%時，水蒸氣的分壓為8.75Torr，在分壓表的排列上屬於第三大的分壓，因此真空技術中，水蒸氣的排除是首要考慮目標。 氣體種類與壓力之關係 當一腔體在屬於low vacuum的範圍時，其內部氣體的組成與大氣的氣體組成大致相同。 當腔體在高真空時，其氣體組成將會一直改變，直到最後的總壓力中，水氣的壓力佔總壓力的70%-90%。 水蒸氣來自材料的表面，倘若將材料加熱企圖趕走水氣，則最後腔體內其CO的含量將會隨之增加。 大氣壓力與緯度之關係 大氣壓力隨著離地球表面愈遠而下降，然而其氣體總類的分配比例大致不變 在地球大氣層的最外層僅剩下氫氣與氦氣 大氣壓力與海平面高度之關係 氣體分子動力論 氣體特性 氣壓來自於氣體分子施於單位面積上的力。 力來自於? ? 分子動能 分子動能 ? 來自於溫度 E=1/2mv2=3/2 kT k :波茲曼常數 1.38X10-23焦爾/0K T:溫度 k 溫度高動能就高，絕對0 0K ?動能0 氣體特性 在一大氣壓下，一立方公尺體積之氣體在室溫22Ｃ下含有2.5x1025個分子。 若將氣體分子視為個別置放在含有等距的格子內，則氣體分子與氣體分子間的距離為3.4x10-9m，該距離為分子大小的6-15倍，因此氣體分子可視為各自獨立之個體，其運動保持直線運動，相互之間沒有作用力。 氣體分子之間的碰撞視為彈性碰撞。 理想氣體定律 Boyle’s Law（1662年） 在溫度固定時，一定量氣體所產生之壓力與體積成反比 PV=constant or P1V1=P2V2 Charles’s Law （1787年） 一定量氣體所產生之壓力與溫度成正比 V1/T1=V2/T2 Dalton’s Law（1801年） 一個混合氣體的總壓力等於每個每個單獨氣體其分壓得總和 or 理想氣體定律 Avogradro’s Law（1801年） 氣體在固定溫度與體積的條件之下，氣體的壓力大小與氣體 分子的數量成正比 綜合氣體定律 將上面幾個氣體定律可以整合成下列關係式 在標準溫度與壓力之下（STP）數量為6.02252x1026個的氣體分子，其體積為22.4136立方公尺，我們俗稱一莫耳。 氣體分子運動 氣體分子經由碰撞後依舊採取直線運動，因此若與大尺度來看氣體分子的運動情形，將發現氣體的運動行為是隨機的碰撞行為。 氣體分子的平均運動速度為 氣體分子的平均速度有三種表示法 氣體分子數目與運動速度之關係 真空的區分 真空程度之分類 真空技術之應用 真空技術之應用