1. 處于平衡狀態的理想氣體分子，其熱運動速度的分布服從麥克斯韋速度分布定律。氣體分子熱運動率介于v～v dv之間的幾率為dN/N = F（v）dv = 4π（mo/2πkT）3/2·exp·（-mov2/2kT）·v2dv (9)式中F（v）是速率v（m/s）的連續函數，稱為速率分布函數。mo = M/NA ，為一個氣體分子的質量(kg)。利用速率分布函數，可以計算出反映分子熱運動強度的三種特征速率。最可幾速率vm 是在氣體分子所具有的各種不同熱運動速度中出現幾率最大的速度，即與F(v)最大值相對應的v值；所有氣體分子熱運動速度的算術平均值叫算術平均速度v；把所有氣體分子的速度的平方加起來，然后被分子總數除， 再開方就得到均方根速度vs。它們的計算公式如下： 2．理想氣體的壓力基本公式，將氣體分子微觀熱運動的強弱直接與宏觀上的氣體壓力定量聯系起來：P = 1/3(nmovs2 = 1/3(pvs2) (11) 3．氣體中一個分子與其它分子每連續二次碰撞之間所走過的路程稱為自由程，自由程有長有短，差異很大，但大量自由程的統計平均值卻是一定的，稱為平均自由程頁λ(m)。單一種類氣體分子的平均自由程為(12-見下文) 如果是含有k種成份的混合氣體，則(13)式中σ是氣體分子的有效直徑(m)，下標l、j分別代表第1、j種氣體成份的參數。還可定義電子和離子在氣體中運動的平均自由程λe和λi(m)。需要強調說明的是，這里所說電子或離子的自由程，是指電子或離子在氣體中運動時與氣體分子連續二次碰撞間所走過的路程，而沒有考慮電子或離子本身之間的碰撞，所以電子和離子平均自由程計算式中出現的都是氣體分子的參數，而與電子或離子的空間密度無關。(14)(15) 4．氣體分子的某一次自由程取值完全是隨機的，但大量自由程的長度分布卻服從一定的統計規律。氣體分子自由程大于一給定長度χ的幾率為(16)類似地可得出，電子或離子在氣體中運動的自由程大于一給定長度χ的幾率為(17)(18)利用這種分布規律，結合平均自由程計算公式(12)～(15)，可以計算出做定向運動的粒子束流穿過空間氣體時的散失率，或根據所限定的散失率確定空間氣體所必須達到的真空度。

例如：一臺離子束真空設備中，高能離子流由離子源射向25cm處的靶，若要求離子流與真空室內殘余氣體分子碰撞的散失率小于5%，那么溫度為27oC的殘余氣體壓力應為多少？

根據題意，可知當χ=O.25m時，要求 Pi(λi>χ)≥1%～5%，由(18)式，解出 exp(-0.25/λi)≥0.95，則 λi≥0.25/(-ln0.95)，即 λi≥4.87m。再將此結果代入(15)式得 kT/πσ2p≥4.87m；取空氣的分子有效直徑 σ=3.72 × 10-10m，則要求殘余氣體壓力 p≤1.38 × 10-23 × 300/(π×3.722×10-20×4.87)，即p≤1.95 × 10-3Pa。

5．關于氣體分子對所接觸固體表面(如容器壁)的碰撞問題，可以從入射方向和入射數量二方面加以討論。若一立體角dw與面積元ds的法線間的夾角為θ，則單位時間內由dw方向飛來碰撞到ds上的氣體分子數目dNθ與cosθ成正比，這就是通常所說的余弦定律：(19)單位時間內碰撞在固體表面單位面積上的氣體分子數目稱為氣體分子對表面的入射率ν(m-2s-1)，其計算式為：(20)根據平衡狀態的假設，氣體分子飛離固體表面時的方向分布及數量應與入射相一致，因此仍可按式(19)、(20)計算。克努曾余弦反射定律還說明，不論氣體分子的入射方向怎樣

其反射都服從(19)式的余弦規律。

6．如果兩個相連通的真空容器溫度不同，那么內部氣體達到狀態平衡時的參數也會有差異。在低真空條件下，即粘滯流態時，二容器的平衡條件是壓力相等，二容器內氣體壓力、溫度及分子數密度間關系為：p1 = p2 和 n1/n2 = T2/T1 (21)在高真空條件下，即分子流態時，二容器內氣體達到動力平衡的條件是在連通處的入射率γ相等，從而有關系：（22）

這種由于溫度不同而引起氣體流動，平衡時產生壓力梯度的現象，稱為熱流逸現象。它會給真空測量帶來誤差。例如某真空電阻爐熱場區溫度為1800K，通過細管連接的真空規管工作在300K溫度下，若規管測得壓強為2×10-4Pa，則可由(22)式算得爐內的真實氣體壓力為(22-1)

首先應該說明，本節及以后幾節中所介紹的定律和公式，是針對平衡狀態下的理想氣體得出的。不過，常溫(與室溫相比)低壓(相對大氣壓而言)下的各種氣體都可以看作是近似程度相當好地理想氣體，因此，我們可以放心地把這些定律和公式應用于真空工程的絕大部分計算之中。這其中包括通常所涉及到的各種氣體，甚至于接近飽和的蒸汽(如水蒸汽)；也包括各類氣體狀態過程，甚至于明顯的非平衡狀態(如氣體的流動過程)。

氣體的壓力p(Pa)、體積V(m3)、溫度T(K)和質量m(kg)等狀態參量間的關系，服從下述氣體實驗定律：

1、波義耳～馬略特定律：一定質量的氣體，若其溫度維持不變，氣體的壓力和體積的乘積為常數 pV = 常數。

2、蓋·呂薩克定律：一定質量的氣體，若其壓力維持不變，氣體的體積與其絕對溫度成正比 V/T = 常數 。

3、查理定律：一定質量的氣體，若其體積維持不變，氣體的壓力與其絕對溫度成正比。 p/T = 常數 。

上述三個公式習慣上稱為氣體三定律。

具體應用方式常為針對由一個恒值過程連結的兩個氣體狀態，已知3個參數而求第4個參數。例如：初始壓力和體積為P1、V1，的氣體，經等溫膨脹后體積變為V2，則由波義耳--馬略特定律，可求得膨脹后的氣體壓力為P2 = P1V1/V2。這正是各種容積式真空泵最基本的抽氣原理。

4、道爾頓定律：相互不起化學作用的混合氣體的總壓力等于各種氣體分壓力之和。 P = P1 P2 ···· Pn (4)這里所說的混合氣體中某一組分氣體的分壓力，是指這種氣體單獨存在時所能產生的壓力。

道爾頓定律表明了個組分氣體壓力的相互獨立和可線性疊加的性質。

5．阿佛加德羅定律：等體積的任何種類氣體，在同溫度同壓力下均有相同的分子數；或者說，在溫度同壓力下，相同分子數目的不同種類氣體占據相同的體積。1mol任何氣體的分子數目叫做阿佛加德羅數，NA = 6.022×1023mol-1。在標準狀態下(po = 1.01325×105Pa，To = 0oC），1mol任何氣體的體積稱為標準摩爾體積，Vo = 2.24×10-2m3mol-1。

根據上述氣體定律，可得到反映氣體狀態參量p、V、T、m之間定量關系的理想氣體狀態方程： pV = m/M(RT) (5)式中的M為氣體的摩爾質量（kg/mol），R為普適氣體常數，R=8.31J/（mol·K）。在已知p、V、T、m四參量中的任意三個量時，可由此式求出另外一個值。例如氣體的質量m = pVM/（RT）

一定質量的氣體，由一個狀態（參量值為p1、V1、T1）經過任意一個熱力學過程(不必是恒值過程)變成另一狀態(參量值為p2、V2、T2)，根據狀態方程，可得到關系式：p1V1/T1 = p2V2/T2 (6)對（5）變換，還可計算單位體積空間內的氣體分子數目和氣體質量，即氣體分子數密度n（m-3）和氣體密度p（kg/m3） n = mNA/MV = pNA/RT = p/kT (7) p = m/V = pM/RT (8) 系數k = R/NA = 1.38×1023J/K 稱為波爾茲曼常數。

所謂蒸汽(又稱可凝性氣體)，是相對于永久氣體(或稱非可凝性氣體)而言的。對于任何一種氣體，都存在有一個臨界溫度，在臨界溫度以上的氣體，不能通過等溫壓縮發生液化，稱為永久氣體；而在臨界溫度以下的氣體，靠單純增加壓力即能使其液化，便是蒸汽。

空間中的蒸汽分子返回到液體內去的過程叫做凝結。蒸汽的凝結率W[kg/(m2

·s)]，即單位時間內在單位面積液面上凝結的蒸汽質量，可借助(20)式計算(23)式中α為凝結系數，pv為蒸汽的分壓力。

凝結的逆過程，即液體分子飛到空間變成蒸汽的現象，叫蒸發。單位時間通過單位面積液面蒸發的質量叫蒸發率Gv[kg/(m2·s)]在汽、液共存的條件下，蒸發和凝結現象同時存在，若蒸發率大于凝結率，則宏觀上表現為液體的蒸發；若蒸發率小于凝結率，則宏觀上

表現為蒸汽的凝結；二者相等時，則處于飽和狀態，此時空間蒸汽的壓力稱為對應平衡溫度下的飽和蒸汽壓ps。物質的飽和蒸汽壓隨著溫度的升高而增大。液體的蒸發率與對應溫度下的飽和蒸汽壓間的關系為 (24)此式常用于蒸發鍍膜中金屬蒸發量的計算。

一種蒸汽的實際壓力pv與其對應溫度下的飽和蒸汽壓ps之比，稱為蒸汽當時的飽和度。作為最常用的一項指標參數，常把空氣中水蒸汽的飽和度定義為空氣的相對溫度，相對溫度(%) = pvH20/psH20 × 100% (25)例如：工程中定義標準環境條件為溫度20oC，相對濕度65%，大氣壓力101325Pa。已知水蒸汽在20oC時的飽和蒸汽壓為2333Pa(17．5托)，則可計算出標準環境條件下大氣中水的分壓力為0.65 × 2333 = 1516Pa(11.375托)。

飽和蒸汽壓的存在，是蒸汽有別于理想氣體模型的根本之處，也是我們要將蒸汽的性質單獨作為一節討論的原因。在真空工程中，在蒸汽沒有達到飽和之前，即飽和度<1時，我們可以使用前面介紹的理想氣體定律和公式來描述蒸汽的性質；而蒸汽一旦達到飽和，情況卻大不相同，如果我們 對飽和蒸汽繼續作等溫壓縮，蒸汽壓力將不再升高而是維持飽和蒸汽壓的值不變，即不再服從波義耳--馬略特定律，為多余部分的蒸汽將凝聚為液態或固態；反之，在飽和蒸汽與其凝聚相(液態或固態)平衡共存的情況下，對蒸汽作等溫膨脹，蒸汽的壓力也不會降低，而是其凝聚相不斷蒸發或升華來補充蒸汽，直至全部變成蒸汽為止。飽和蒸汽與其凝聚相間的這種等溫相變，尤其是水蒸汽的存在，在真空工程中有著不容忽視的影響。

從上面的分析可知；在相聯通的真空系統中，如果某一處存在有揮發性較強的固體或液體，那么此處就相當于系統中的一個放氣源，使該物質在系統中的分壓力始終為對應溫度下的飽和蒸汽壓，這常常會限制系統極限真空度的提高；如果相聯通的真空系統各部分溫度不同，那么整個系統中蒸汽的分壓力都將與最低溫度所對應的飽和蒸汽壓相等，多余的蒸汽物質最后都將凝聚在具有最低溫度的表面上，這正是低溫冷阱可以提高系統真空度的原理。

飽和蒸汽受壓縮時發生液化這一性質常給變容式真空泵的抽氣帶來困難，最突出的就是水蒸汽的抽除問題。以最常見的旋片泵為例：一個抽氣周期包括進氣腔膨脹吸氣、隔離和排氣腔壓縮排氣三步驟。如果吸入的氣體中水蒸汽的比例較大，在水蒸汽和永久氣體被壓縮達到排氣壓力之前，水蒸汽的分壓力已經達到飽和蒸汽壓，那么繼續壓縮的過程中，就會有一部分水蒸汽發生液化而混入泵油中，無法排出泵外，并且回到膨脹腔后還會在低壓下重新汽化成蒸汽，增大吸氣側的水蒸汽比例和壓力，導致泵的抽氣能力和極限真空的下降。若要保證水蒸汽能夠全部排出泵外而不發生液化，那么吸入的水蒸汽分壓力pv、永久氣體分壓力pp、對應泵溫下的水蒸汽飽和蒸汽壓A和泵的排氣壓力Pe間應滿足如下關系：pv / pv pp<ps / pe 或 pv / pp < ps / pe-ps (26)例如：取泵的排氣壓強pe =1.1×lO5Pa，泵溫70oC時水的飽和蒸汽壓聲， ps=3.125×104Pa，則水蒸汽占吸入氣體的比例必須小于ps / pe=28.3%。在抽氣后期，尤其是空氣濕度較大時，這一條件很難達到。因為此時被抽容器內的永久氣體成份已經很少，但容器內表面凝結的水蒸汽卻不斷放出，所占比例就變得很大。解決這一問題的一個傳統方法是加氣鎮，即向壓縮腔內充入永久氣體成份以降低水蒸汽所占的比例，使其在達到飽和前便被排出。

水蒸汽的存在也會影響到壓縮式真空計(麥氏計)的精確使用。測量讀數時，如果測量管內經過壓縮的氣體中，水蒸汽的分壓力尚低于當時飽和蒸汽壓，那么讀數表示的是水蒸汽和永久氣體的全壓力；若水蒸汽已經達到飽和發生液化，那么讀數會比永久氣體的分壓力高一些，但無法得到準確的數據。為消除水蒸汽對測量的干擾，常在麥氏計前安一低溫冷講，這樣測得的就只是永久氣體的分壓力。

液體(或固體)在真空中蒸發(或升華)變成蒸汽時需要吸收熱量，稱為汽化熱。物質的汽化熱隨著汽化溫度的升高而略有降低。比如lmol水，在50oC汽化，汽化熱為42780J，而在100oC汽化，汽化熱為40680J。蔬菜真空保鮮工藝中，讓蔬菜的一部分水份在真空中蒸發抽除，這些水蒸發時要從蔬菜體內吸取汽化熱，從而使蔬菜在脫水同時降溫，正是利用了水蒸發吸熱的原理；這種現象有時也會給真空操作帶來問題，比如在大型真空裝置中積存一些水，抽真空后一部分水蒸發成蒸汽排除，而這部分水吸收汽化熱使其余的水降溫直至結冰，余下的水就只能以升華的方式緩慢蒸發，從而延長抽真空的時間。

氣體或蒸汽被固體表面浮獲而附著在表面上，形成單層或多層氣體分子層的現象叫做吸附。能捕集氣體的固體叫吸附劑，而被吸附的氣體成份叫吸附質。發生吸附作用的原因是由于在吸附劑表面存在著力場。根據吸附力的不同，氣體吸附可分為物理吸附和化學吸附。物理吸附是氣體分子受范德瓦爾斯力的吸引作用而附著在吸附劑表面之上，與氣體的液化過程相類似，其特點是吸附較弱，吸附熱較小，吸附不穩定，較易脫附，但對吸附的氣體一般無選擇性，溫度越低吸附量越大，能形成多層吸附，分子篩吸附泵和低溫泵的吸氣作用就屬于物理吸附。化學吸附是靠固體表面原子與氣體分子間形成吸附化學鍵實現的，與發生化學反應相類似，同物理吸附相比，化學吸附的特點是吸附強，吸附熱大，穩定不易脫附，吸附有選擇性，溫度較高時發生化學吸附的氣體分子增多，只能緊貼表面形成單層吸附(在化學吸附的分子上面還能形成物理吸附)，濺射離子泵和電子管中吸氣劑的吸氣作用就包括化學吸附。氣體吸附的逆過程，即被吸附的氣體或蒸汽從表面釋放出來重新回到空間的過程，稱為脫附或解吸。解吸現象可以是自然發生的，也可以是人為加速的。自然解吸有兩種情況，一是從宏觀平均地看，每個吸附氣體分子在表面停留一段時間后，都要發生脫附飛回空間，這時也會有其它氣體分子發生新的吸附，在氣體溫度、壓力一定的條件下，吸附速率與脫附速率相等，表面上的氣體吸附量維持恒定；另一種情況是在抽真空的過程中，空間氣體壓力不斷降低，表面上脫附速率大干吸附速率，氣體吸附量逐漸減少，氣體從表面上緩緩放出，這種現象在真空中叫做材料的放氣或出氣。工程中最關心的問題是表面上的氣體吸附總量和抽空時的放氣速率，但至今還沒有很準確通用的計算方法，只能從實踐經驗中總結出：在低真空階段，表面吸附及表面放氣與空問氣體相比，數量很小，其影響可以忽略不計；在中真空階段，表面放氣量已接近空間氣體量，對二者應同樣重視；進入高真空乃至超高真空階段，表面放氣(不計系統漏氣時)已成為主要氣體負荷，放氣的快慢直接影響著抽空時間。通過人為的手段有意識地促進氣體解吸現象的發生，在真空技術中叫做去氣或除氣。人工去氣可以縮短系統達到極限真空的時間；可以獲得沒有氣體分子遮蓋的清潔表面。加熱烘烤去氣方法通過提高吸氣表面的溫度，增加分子熱運動能量來促進解吸，邊加熱邊排氣，常用于超高真空系統容器內表面及內部構件的去氣和真空電子器件內燈絲等內部金屬元件的去氣；離子轟擊去氣方法一般是在空間形成氣體放電，產生離子體區，使高能離子轟擊待清洗的固體表面，產生氣體濺射，使吸附氣體發生脫附，這是一種相當有效、簡捷迅速的除氣手段，在薄膜技術、表面科學等有氣體放電條件或有離子源的設備中廣泛采用。

當真空管道兩端存在有壓力差時，氣體就會自動地從高壓處向低壓處擴散，便形成了氣體流動。任何真空系統都是由氣源(待抽容器)、系統構件(管道閥門等)及抽氣裝置(真空泵)組成的，氣體從氣源經過系統的構件向抽氣口源源不斷地流動，是動態真空系統的普遍特點。

真空技術中，氣體沿管道的流動狀態可劃分為如下幾種基本形式：從大氣壓力下開始抽真空的初期，管道中氣體壓力和流速較高，氣體的慣性力在流動中起主要作用，流動呈不穩定狀態，流線無規則，并不時有旋渦出現，這種流動狀態稱為湍流(渦流，紊流)；隨著流速和氣壓的降低，在低真空區域內，氣流由湍流變成規則的層流流動，各部分具有不同速度的流動層，流線平行于管軸，氣體的粘滯力在流動中起主導作用，此時氣體分子的平均自由程λ仍遠小于導管最小截面尺寸d，這種流態叫做粘滯流；當氣體流動進入高真空范圍，分子平均自由程λ遠遠大于管道最小尺寸d時，氣體分子與管壁之間的碰撞占居主要地位，分子靠熱運動自由地直線進行，只發生與管壁的碰撞和熱反射而飛過管道，氣體流動由各個分子的獨立運動疊加而成，這種流動稱作分子流；發生在中真空區域內，介于粘滯與分子流之間的流動狀態叫做中間流或過渡流。

在不同的流動狀態下，管道中的氣體流量和導氣能力計算方法不同，因此在氣體流動計算時，首先要進行流態判別。由于在真空抽氣過程中湍流的出現時間較短，常常不加以單獨考慮，而是將其歸入粘滯流態。其它流動狀態的判別可用克努曾數λ/d 或管道中平均壓力p與幾何尺寸d的乘積pd作為判據：

粘滯流 λ/d100 pd>1Pa·m中間流 1/100<λ/d<1/3 0.03Pa·m<pd<1Pa·m (27)分子流 λ/d<1/3 pd<0.03Pa·m

為了考察管道中流過的氣體數量的多少，可以使用氣體的質量流率qm(kg/s)和摩爾流率qv(mol/s)，即單位時間內通過管道某一截面的氣體質量和氣體摩爾數。不過這兩種流率不便實際測量，因此工程中廣泛使用的是單位時間內流過管道指定截面的氣體體積，即體積流率qv(m3/s)。在氣體壓力為p的截面上，qv與qm、qγ的關系為 qm = pM/RT·qv 和 qv = p/RT·qv (28)在真空泵入口處的氣體體積流率又稱為泵的抽氣速率(簡稱抽速)，是真空泵的重要性能指標之一。由于在不同壓力下，相同的體積流率對應有不同的質量流率，所以在計算體積流率量值時，必須指明所對應的氣體壓力。

為了更方便地計算流過氣體的多少，工程中還定義氣體的壓力與其體積的乘積為氣體量G(Pa·m3=J)，即G=pV；單位時間內流過指定橫截面的氣體量為流量qG=dG/dt(Pa·m3/s=J/s)；在任一指定截面上，氣體流量、壓力和抽速間的關系為 qG = p·qv (29)在穩定流動狀態下，即管道各截面處的氣體壓力不隨時間變化時，根據質量守恒原理，真空系統任一截面上的氣體質量流率qm相等，若整個系統中各處溫度相同，則化為流量連續方程，即各截面上的氣體流量相等。 qG = p1qv1 =p2qv2 =piqvi (30)如果氣體流動過程中溫度有變化，例如流過冷卻器后溫度由T1降至T2，則對應的流量qG1/T1=qG2/T2實驗說明，氣體流過一段真空管道的流量qG與管道兩端的壓力差p1-p2成正比，即有 qG=C·(p1-p2) (31) 式中的比例系數C具有體積流率的量綱（m3/s)，它所反映的是管道允許流過氣體能力的大小，定義為該段管道的流導。流導是各種真空系統元件（管道、閥們、冷阱、孔口等）的主要技術指標之一，直接反映該元件對氣體流動的阻礙程度，是真空系統計算中需要首先計算的參數。元件的流導與所流過氣體的流動狀態有關，氣體流動為粘滯流時，流導值與元件的幾何結構尺寸及流過氣體的平均壓力有關；為分子流時，流導僅與幾何結構尺寸有關。根據組成真空系統的需要，有時將幾個真空元件(如管道)的入口和出口分別聯接在一起，稱為元件的并聯，并聯后元件的總流導等于各分支流導之和 C=C1 C2 … Cn (32)有時將幾個元件首尾順序聯接，稱為元件的串聯，串聯后元件的總流導的倒數等于各元件流導的倒數之和 1/C = 1/C1 1/C2 … 1/Cn (33)把一個被抽容器的出口和一臺真空泵的入口，用總流導為C的真空管路聯接起來，若真空泵在其入口處的抽速為S，則該真空系統在被抽容器出口處所能產生的有效抽速為S，則該真空系統在被抽容器出口處所能產生的有效抽速Se為 Se = (S·C)/(S C) (34)此式習慣上稱為真空技術基本方程。從中可以看出，在被抽容器出口產生的有效抽速Se，比泵口抽速S和管路流導C都要小；若要獲得較大的Se，應該合理地搭配S和C，單獨增大其中的一個，不能獲得理想的結果

1、玻義爾定律

體積V，壓強P，P·V=常數

一定質量的氣體，當溫度不變時，氣體的壓強與氣體的體積成反比。

即P1/P2=V2/V1

2、蓋·呂薩克定律

當壓強P不變時，一定質量的氣體，其體積V與絕對溫度T成正比：

V1/V2=T1/T2=常數

當壓強不變時，一定質量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來增加(或縮小)1/273。

3、查理定律

當氣體的體積V保持不變，一定質量的氣體，壓強P與其絕對溫度T成正比，即：

P1/P2=T1/T2

在一定的體積下，一定質量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強比原來增加(或減少)1/273。

4、平均自由程：

λ=(5×10-3)/P (cm)

5、抽速：

S=dv/dt (升/秒)或 S=Q/P

Q=流量(托·升/秒) P=壓強(托)　V=體積(升) t=時間(秒)

6、通導：

C=Q/(P2-P1) (升/秒)

7、真空抽氣時間：

對于從大氣壓到1托抽氣時間計算式：

t=8V/S (經驗公式)

V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內選擇。

8、維持泵選擇：

S維=S前/10

9、擴散泵抽速估算：

S=3D2 (D=直徑cm）

10、羅茨泵的前級抽速：

S=(0.1~0.2)S羅 (l/s)

11、漏率：

Q漏=V(P2-P1)/(t2-t1)

Q漏－系統漏率(mmHg·l/s)

V－系統容積(l)

P1－真空泵停止時系統中壓強(mmHg)

P2－真空室經過時間t后達到的壓強(mmHg)

t－壓強從P1升到P2經過的時間(s)

12、粗抽泵的抽速選擇：

S=Q1/P預 (l/s)

S=2.3V·lg(Pa/P預)/t

S－機械泵有效抽速

Q1－真空系統漏氣率(托·升/秒)

P預－需要達到的預真空度(托)

V－真空系統容積(升)

t－達到P預時所需要的時間

Pa－大氣壓值(托）

13、前級泵抽速選擇：

排氣口壓力低于一個大氣壓的傳輸泵如擴散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時需要前級泵來維持其前級壓力低于臨界值，選用的前級泵必須能將主泵的最大氣體量排走，根據管路中，各截面流量恒等的原則有：

PnSg≥PgS 或

Sg≥Pgs/Pn

Sg－前級泵的有效抽速(l/s)

Pn－主泵臨界前級壓強(最大排氣壓強)(l/s)

Pg－真空室最高工作壓強(托)

S－主泵工作時在Pg時的有效抽速。(l/s)

14、擴散泵抽速計算公式：

S=Q/P=(K·n)/(P·t)(升/秒)

式中：S－被試泵的抽氣速率(l/s)

n－滴管內油柱上升格數(格)

t－油柱上升n格所需要的時間(秒)

P－在泵口附近測得的壓強(托)

K－滴管系數(托·升/秒)

K=V0·(L/n)·(Υ0/Υm) Pa△Vt

其中V0－滴管和真空膠管的原始容積(升)

L－滴管刻度部分的長度(mm)

n－滴管刻度部分的格數(格)

Υ0－油的比重(克/厘米3)

Υm－汞的比重(克/厘米3)

Pa－當地大氣壓強(托)

△Vt－滴管的刻度上的一格的對應的容積(升/格)

15、旋片真空泵的幾何抽速計算公式：

S=πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)

式中：Z為旋片數，n為轉速(轉/分)，L為泵腔長度，D為泵腔直徑，d為轉子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(一般取95%)。

16、O型橡膠槽深B=0.7D

D為橡膠直徑，槽寬C=1.6B

17、方形橡膠槽深B=0.8A

A為方形橡膠邊長，槽寬C=1.67B

本指沒有任何實物粒子存在的空間，但什么都沒有的空間是不存在的。而假設你把一個空間的氣體都趕跑，會發現還是不時有基本粒子在真空中出現又消失，無中生有。物理上的真空實際上是一片不停波動的能量之海。當能量達到波峰，能量轉化為一對對正反基本粒子，當能量達到波谷，一對對正反基本粒子又相互湮滅，轉化為能量。

真空具有如下性質：

1.空非無。如果真空中沒有粒子，我們就會準確的測出場(0)與場的變化曲率(0)，然而海森堡不確定性原理表明，我們不可能同時精確地測出一對共軛量，所以，可以“空”，不能“無”。因此，在真空中，粒子不停地以虛粒子、虛反粒子對的形式憑空產生，而又互相湮滅，在這個過程中，總的能量保持不變。

2.真空存在極性。因此說真空是不對稱的。但這種不對稱是相對局部的，在相對整體上又是對稱的，如此的循環嵌套構成了真空的這個性質。

3.真空的每個局部具備了真空的全體性質。大和小是相對而言的。時間也是相對于空間而言的，時間不能脫離了具體的空間而單獨的存在。

真空圖實踐應用

生活應用

膨化食物的真空包裝，可以防止食物變質，延長食物保存時間；

真空燈泡，防止燈絲被氧化，延長使用壽命。

工業生產

工業上的真空指的是氣壓比一標準大氣壓小的氣體空間，是指稀薄的氣體狀態，又可分為高真空、中真空和低真空，地球以及星球中間的廣大太空就是真空。一般是用特制的抽氣機得到真空的。它的氣體稀薄程度用真空計測定，我們已能用分子抽氣機和擴散抽氣機得到0.00000 00001大氣壓的高真空。真空在科學技術，電真空儀器，電子管和其他電子儀器方面，都有很大用

正負電子對撞機的作用絕不僅僅是一對正負電子相撞產生光子和能量那么簡單，一對光子也可以相撞產生一對正負質子之類，而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發到高能態，可以產生更多各式各樣的基本粒子，為研究宇宙的起源和組成服務。

真空圖科研應用

航天器軌道飛行提供的真空和微重力環境，是一個寶庫，為人們提供了地面上難以獲得的科學實驗和生產工藝條件，進行地面上難以進行的科學實驗，生產地面上難以生產的材料、工業產品和藥物。

在高真空和微重力環境中進行生命和生物科學實驗，不會有有機物污染，發生混入或測定錯誤，細菌等實驗用的微生物不會到處擴散，十分安全。 在零重力或微重力條件下，可進行無容器冶煉，這不會有任何雜質混入，可以獲得高品質的合金；可將不同比重的金屬或非金屬均勻地混合，獲得新型合金材料；可以克服地面加工存在的組分過冷起伏和密度大等缺陷，生長出高質量、大直徑的單晶體砷化鎵等半導體材料；可以生產百分之百圓度的滾珠軸承等圓球工業產品，而在地面上，由于重力的影響，滾珠軸承等總不是真正的球形。

太空制藥是真空和微重力環境利用的重要方面。在地面上制藥，由于地球重力作用，培養物會發生沉淀，處在沉淀中的微生物會因缺氧而死亡；如輸氧攪拌，所形成的低壓小氣泡又會破壞細胞；如加防泡劑，則會降低氧的溶解度，有礙微生物的繁殖，形成惡性循環。而在微重力環境中，培養物液體中含有大量的氣泡，也不會沉淀，微生物可隨時獲得氧氣，生長速度比地面快一倍以上。可高效率、高純度地制造許多藥物，如治療燒傷的表皮生長素、治療貧血的紅血球生長素、防治病毒感染的免疫血清、治療肺氣腫的胰蛋白酶抑制素、治療血栓的尿激酶、治療血友病的抗溶血因子8.治療糖尿病的β細胞、治療癌癥的干擾素等40多種。主要的制藥方法是電泳法，將組分不同的混合物在直流電場作用下精確地分離成不同成份。其設備第一代為靜態電泳儀，第二代為連續流動電泳儀。

系統

真空系統結構材料是構成真空系統主體的材料，它將真空系統與大氣隔開，承受著大氣壓力。這類材料主要是各種金屬和非金屬材料，包括可拆卸連接處的密封墊圈材料。

冷阱，也總會或多或少地有一部分油蒸氣返流進入高真空端。它們在擴散泵口建立的壓力，有時比在泵壁溫度下的飽和油蒸氣壓還要高很多。這不但影響真空系統的極限壓力，而且還對被抽容器造成污染，因而返油率是擴散泵系統的主要考核指標。

真空包裝真空包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣，達到預定真空度后，完成封口工序。 真空充氣包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣達到預定真空度后，再充入氮氣或其它混合氣體，然后完成封口工序。

真空包裝的主要作用是除氧，以有利于防止食品變質，其原理也比較簡單，因食品霉腐變質主要由微生物的活動造成，而大多數微生物（如霉菌和酵母菌）的生存是需要氧氣的，而真空包裝就是運用這個原理，把包裝袋內和食品細胞內的氧氣抽掉，使微生物失去生存的環境。

測量

真空測量的傳感器, 大部分都是用電離規， 并且在中程真空范圍用途最廣泛。常用的電離真空規測量儀, 都采用模擬電路控制發射電流， 并把它當成固定數來運算, 這樣會產生一些不足之處， 例如：由于外界干擾或元器件老化造成電流有偏差; 或控制環中的漂移產生不穩定, 由此而導致測量誤差較大。為消除此類不良現象， 我們應用現代控制理論—PID和Fuzzy控制, 采用數字電路控制發射電流， 控制環中都用16位的高分辨率A/D和D/A,且把發射電流測量值參入運算， 允許發射電流有一定的變化范圍。這樣既提高了測量精度, 又在它們的線性區域內擴充量程。

基礎標準

GB 4982～4983-85 真空快卸法蘭；

GB 4982-85 夾緊型真空快卸法蘭；

GB 4983-85 擰緊型真空快卸法蘭；

GB 6071.1～6071.3-85 超高真空法蘭；

GB 6071.1-85 超高真空法蘭結構型式；

GB 6071.2-85 超高真空法蘭尺寸；

GB 6071.3-85 超高真空法蘭用銅密封墊；

GB/T 3163-93 真空技術術語；

GB/T 3164-93 真空技術系統用圖形符號；

GB/T 6070-1995 真空法蘭；

GB/T 16709-1996 真空技術管路配件 裝配尺寸；

JB 1090～1092-91 真空動密封型式及尺寸；

JB 1090-91 J型真空用橡膠密封圈型式及尺寸；

JB 1091-91 JO型骨架型真空用橡膠密封圈型式及尺寸；

JB 1092-91 O型真空用橡膠密封圈型式及尺寸；

JB 5278.1～5278.3-91 銅絲密封可烘烤真空法蘭；

JB 5278.1-91 銅絲密封可烘烤真空法蘭 連接型式；

JB 5278.2-91 銅絲密封可烘烤真空法蘭 法蘭結構尺寸；

JB 5278.3-91 銅絲密封可烘烤真空法蘭銅絲密封圈結構尺寸；

JB/T 7673-95 真空設備型號編制方法；

JB/T 8105.1～8105.2-1999 真空規管接頭；

JB/T 8105.1-1999 橡膠密封真空規管接頭；

JB/T 8105.2-1999 金屬密封真空規管接頭。2100433B

真空圖基本概念

按其詞源原本是指虛空，即一無所有的空間。工業和真空科學上的真空指的是，當容器中的壓力低于大氣壓力時,把低于大氣壓力的部分叫做真空，而容器內的壓力叫絕對壓力；另一種說法是,凡壓力比大氣壓力低的容器里的空間都稱做真空。工業真空有程度上的區別：當容器內沒有壓力即絕對壓力等于零時，叫做完全真空;其余叫做不完全真空。而狹義相對論等狄拉克之前的物理理論中的真空則特指不存在任何物質的空間狀態，對應于工業里的完全真空。按現代物理量子場論的觀點，真空不空，其中包含著極為豐富的物理內容。狹義相對論等理論中的真空只是普朗克常數趨于0時的近似情形。

真空圖真空科學

遠在1643年，意大利物理學家托里拆利發現，真空和自然空間有大氣和大氣壓力存在。他將一根一端封閉的長玻璃管灌滿汞，并倒立于汞槽中時，發現管中汞面下降，直至與管外的汞面相差76厘米時為止。托里拆利認為，玻璃管汞面上的空間是真空，76厘米高的汞柱是因為存在大氣壓力的緣故。

1650年，德國的蓋利克制成活塞真空泵。

1654年，他在馬德堡進行了著名的馬德堡半球試驗：用真空泵將兩個合在一起的、直徑為14英寸(35.5厘米)的銅半球抽成真空，然后用兩組各八匹馬以相反方向拉拽銅球，始終未能將兩半球分開。這個著名的試驗又一次證明，空間有大氣存在，且大氣有巨大的壓力。為了紀念托里拆利在科學上的重大發現和貢獻，以往習用的真空壓力單位就是用他的名字命名的。

19世紀中后期，英國工業革命的成功，促進了生產力和科學實驗發展，同時也推動了真空技術的發展。

1850年和1865年，先后發明了汞柱真空泵和汞滴真空泵，從而研制成了白熾燈泡(1879)、陰極射線管(1879)、杜瓦瓶(1893)和壓縮式真空計(1874)。壓縮式真空計的應用首次使低壓力的測量成為可能。

20世紀初，真空電子管出現，促使真空技術向高真空發展。

1935～1937年發明了氣鎮真空泵、油擴散泵和冷陰極電離計。這些成果和1906年制成的皮拉尼真空計至今仍為大多數真空系統所常用。

1940年以后，真空應用擴大到核研究(回旋加速器和同位素分離等)、真空冶金、真空鍍膜和冷凍干燥等方面，真空技術開始成為一個獨立的學科。第二次世界大戰期間，原子物理試驗的需要和通信對高質量電真空器件的需要，又進一步促進了真空技術的發展。

基本原理

真空是物理學里面的一個概念，最開始反映的是空無一物的狀態，類似于“無”。20世紀P.A.M.狄拉克提出了所謂量子真空的概念，即真空并不是空無一物而是時刻有虛粒子與實物粒子轉化的，但整體是對外不顯物理屬性的宏觀總體。真空是能量海，是一個不斷振蕩的充滿著巨大能量的客觀存在；而空間只是數學上的一個概念，是反映的是運動的屬性和幾何大小的概念。也就是說，空間和真空一個是數學概念一個是物理概念，二者沒有絲毫的包含關系。真空的屬性的確需要使用空間來描述，但那只是種數學表示，是為了方便研究才引入的參量，并不是說真空的性質取決于空間。

真空圖認識過程

人類關于真空的認識經歷了幾次根本的變革和反復。古希臘德謨克利特的原子論認為所有的物質都是由原子組成，原子之外就是虛空。17世紀R.笛卡兒提出以太漩渦說，認為空間充滿了以太，并用以說明行星的運動。不久I.牛頓建立以運動三定律和萬有引力定律為基石的牛頓力學，成功地解決了行星繞日運動問題，引力被認為是超距作用的，無需以太陽作為傳遞媒介，從而否定了以太論。19世紀發現光的波動性，認為波的傳播必須依靠介質，特別是后來發現了電磁場的波動性，以太論再度興起，認為宇宙中不論何時何地，任何物體內無不充滿了以太，光和電磁波被解釋為以太的機械振動。后來雖然在觀念上有所變化，把光和電磁波看成電磁場的振動，但以太仍然保留著某種絕對的性質，它可以看成是描述萬物運動的絕對靜止的參考系。19世紀末20世紀初各種試圖探測地球相對于以太運動速度的實驗均告失敗，A.愛因斯坦建立狹義相對論，再次否定了這種作為絕對靜止以太的存在。稍后，愛因斯坦在用場論觀點研究引力現象時，已經認識到空無一物的真空觀念是有問題的，他曾提出真空是引力場的某種特殊狀態的想法。

真空斷路器

首先給予真空嶄新物理內容的是P.A.M.狄拉克。狄拉克于1930年為了擺脫狄拉克方程負能解的困境，提出真空是充滿了負能態的電子海。當負能態的電子吸收了足夠的能量躍遷到正能態成為普通電子時，電子海中才能留下可觀測的空穴，即正電子。從體系的能量角度考查，這種情況比只有電子海的真空狀態要高，因此真空就是能量最低的狀態。從現代量子場論的觀點看，每一種粒子對應于一種量子場，粒子就是對應的場量子化的場量子。當空間存在某種粒子時，表明那種量子場處于激發態；反之不存在粒子時，就意味著場處于基態。因此，真空是沒有任何場量子被激發的狀態，或者說真空是量子場系統的基態。

關于真空的近代認識不再是哲學上的思辨，而是可通過實驗來檢驗的。有不少現象都需要用真空的近代觀念予以說明。例如氫原子能級的蘭姆移位和電子的反常磁矩，實驗上已經以非常高的精度證實了真空極化的效應；高能正負電子對撞湮沒為高能光子，反之高能光子可使真空激發出大量的粒子，也是很好的明證。對于真空的認識尚屬初級探索階段，物理學家還在探索真空自發破缺和真空相變等問題，必將推動物理學的進一步發展。

真空圖含義特點

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 101325N/m^2，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。

（ 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。

真空圖技術概括

vacuum technique使氣體壓強低于地面大氣壓強的技術。

真空是指壓強遠小于101.325千帕（kPa）（即1大氣壓）的稀薄氣體空間。在真空技術中除國際單位制的壓強單位Pa外，常以托（Torr）作為真空度的單位。1托等于1毫米高的汞柱所產生的壓強，即1Torr=133.3224Pa。

按氣體壓強大小的不同，通常把真空范圍劃分為：低真空1×105 ～1×102Pa，中真空1×102~1×10-1Pa，高真空1×10-1～1×10-5Pa，超高真空1×10-5～1×10-9 Pa，極高真空1×10-9Pa以下。

真空技術包括真空的獲得、測量和應用。

活塞泵、旋片泵等通過活塞或旋片的不斷運動，改變泵體的體積，把氣體排放出去，獲得真空。擴散泵用高速運動的氣流，把擴散到泵體的氣體分子帶走。此外還有利用低溫表面來冷凝或凍結氣體的低溫泵，如液氦冷凝泵；利用吸氣材料如活性炭等吸氣作用的吸附泵，等等。

測量真空度即測量稀薄氣體壓強的量具叫做真空規或真空計。可分為絕對真空計和相對真空計兩類。前者通過本身測出的物理量直接求出氣壓的大小，如U形管、薄膜計、麥克勞真空計（利用玻意耳定律），熱偶真空計等；后者必須經過絕對真空計的校正才能測定氣壓，如電離真空計、皮拉尼真空計、阻尼真空計等。

利用真空與地面大氣的壓強差，可以輸運流體、吸塵等。利用真空中氣體分子密度小的特征，可以制造各種電真空器件如電光源、電子管等。真空環境有利于某些金屬的焊接、熔煉，某些低熔點金屬如Mg、Li、Zn等的分餾、純化，以及某些活性金屬如Ca、Li、Cs等的氧化物還原，真空環境(1～10-1Pa)下的低溫脫水，真空干燥已成功地用于濃縮食品、奶粉，制造血漿等。同位素分離，大規模集成電路的加工，鍍膜等也都需要在真空環境下進行。在科學研究中，例如表面物理實驗，各種加速器、聚變反應和空間環境模擬等都離不開真空。