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(xiàn)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(zhì)。發(fā)生吸附作用的原因是由于在吸附劑表面存在著力場(chǎng)。根據(jù)吸附力的不同，氣體吸附可分為物理吸附和化學(xué)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(diǎn)是吸附較弱，吸附熱較小，吸附不穩(wěn)定，較易脫附，但對(duì)吸附的氣體一般無(wú)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(xué)吸附是靠固體表面原子與氣體分子間形成吸附化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)的，與發(fā)生化學(xué)反應(yīng)相類似，同物理吸附相比，化學(xué)吸附的特點(diǎn)是吸附強(qiáng)，吸附熱大，穩(wěn)定不易脫附，吸附有選擇性，溫度較高時(shí)發(fā)生化學(xué)吸附的氣體分子增多，只能緊貼表面形成單層吸附(在化學(xué)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(xué)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(lái)重新回到空間的過程，稱為脫附或解吸。解吸現(xiàn)象可以是自然發(fā)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(gè)吸附氣體分子在表面停留一段時(shí)間后，都要發(fā)生脫附飛回空間，這時(shí)也會(huì)有其它氣體分子發(fā)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(xiàn)象在真空中叫做材料的放氣或出氣。工程中最關(guān)心的問題是表面上的氣體吸附總量和抽空時(shí)的放氣速率，但至今還沒有很準(zhǔn)確通用的計(jì)算方法，只能從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出：在低真空階段，表面吸附及表面放氣與空問氣體相比，數(shù)量很小，其影響可以忽略不計(jì)；在中真空階段，表面放氣量已接近空間氣體量，對(duì)二者應(yīng)同樣重視；進(jìn)入高真空乃至超高真空階段，表面放氣(不計(jì)系統(tǒng)漏氣時(shí))已成為主要?dú)怏w負(fù)荷，放氣的快慢直接影響著抽空時(shí)間。通過人為的手段有意識(shí)地促進(jìn)氣體解吸現(xiàn)象的發(fā)生，在真空技術(shù)中叫做去氣或除氣。人工去氣可以縮短系統(tǒng)達(dá)到極限真空的時(shí)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(yùn)動(dòng)能量來(lái)促進(jìn)解吸，邊加熱邊排氣，常用于超高真空系統(tǒng)容器內(nèi)表面及內(nèi)部構(gòu)件的去氣和真空電子器件內(nèi)燈絲等內(nèi)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(chǎn)生離子體區(qū)，使高能離子轟擊待清洗的固體表面，產(chǎn)生氣體濺射，使吸附氣體發(fā)生脫附，這是一種相當(dāng)有效、簡(jiǎn)捷迅速的除氣手段，在薄膜技術(shù)、表面科學(xué)等有氣體放電條件或有離子源的設(shè)備中廣泛采用。

所謂蒸汽(又稱可凝性氣體)，是相對(duì)于永久氣體(或稱非可凝性氣體)而言的。對(duì)于任何一種氣體，都存在有一個(gè)臨界溫度，在臨界溫度以上的氣體，不能通過等溫壓縮發(fā)生液化，稱為永久氣體；而在臨界溫度以下的氣體，靠單純?cè)黾訅毫茨苁蛊湟夯闶钦羝?

空間中的蒸汽分子返回到液體內(nèi)去的過程叫做凝結(jié)。蒸汽的凝結(jié)率W[kg/(m2

·s)]，即單位時(shí)間內(nèi)在單位面積液面上凝結(jié)的蒸汽質(zhì)量，可借助(20)式計(jì)算(23)式中α為凝結(jié)系數(shù)，pv為蒸汽的分壓力。

凝結(jié)的逆過程，即液體分子飛到空間變成蒸汽的現(xiàn)象，叫蒸發(fā)。單位時(shí)間通過單位面積液面蒸發(fā)的質(zhì)量叫蒸發(fā)率Gv[kg/(m2·s)]在汽、液共存的條件下，蒸發(fā)和凝結(jié)現(xiàn)象同時(shí)存在，若蒸發(fā)率大于凝結(jié)率，則宏觀上表現(xiàn)為液體的蒸發(fā)；若蒸發(fā)率小于凝結(jié)率，則宏觀上

表現(xiàn)為蒸汽的凝結(jié)；二者相等時(shí)，則處于飽和狀態(tài)，此時(shí)空間蒸汽的壓力稱為對(duì)應(yīng)平衡溫度下的飽和蒸汽壓ps。物質(zhì)的飽和蒸汽壓隨著溫度的升高而增大。液體的蒸發(fā)率與對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓間的關(guān)系為 (24)此式常用于蒸發(fā)鍍膜中金屬蒸發(fā)量的計(jì)算。

一種蒸汽的實(shí)際壓力pv與其對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓ps之比，稱為蒸汽當(dāng)時(shí)的飽和度。作為最常用的一項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，常把空氣中水蒸汽的飽和度定義為空氣的相對(duì)溫度，相對(duì)溫度(%) = pvH20/psH20 × 100% (25)例如：工程中定義標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件為溫度20oC，相對(duì)濕度65%，大氣壓力101325Pa。已知水蒸汽在20oC時(shí)的飽和蒸汽壓為2333Pa(17．5托)，則可計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)環(huán)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(zhì)單獨(dú)作為一節(jié)討論的原因。在真空工程中，在蒸汽沒有達(dá)到飽和之前，即飽和度<1時(shí)，我們可以使用前面介紹的理想氣體定律和公式來(lái)描述蒸汽的性質(zhì)；而蒸汽一旦達(dá)到飽和，情況卻大不相同，如果我們 對(duì)飽和蒸汽繼續(xù)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(tài)或固態(tài)；反之，在飽和蒸汽與其凝聚相(液態(tài)或固態(tài))平衡共存的情況下，對(duì)蒸汽作等溫膨脹，蒸汽的壓力也不會(huì)降低，而是其凝聚相不斷蒸發(fā)或升華來(lái)補(bǔ)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(lián)通的真空系統(tǒng)中，如果某一處存在有揮發(fā)性較強(qiáng)的固體或液體，那么此處就相當(dāng)于系統(tǒng)中的一個(gè)放氣源，使該物質(zhì)在系統(tǒng)中的分壓力始終為對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓，這常常會(huì)限制系統(tǒng)極限真空度的提高；如果相聯(lián)通的真空系統(tǒng)各部分溫度不同，那么整個(gè)系統(tǒng)中蒸汽的分壓力都將與最低溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓相等，多余的蒸汽物質(zhì)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(tǒng)真空度的原理。

飽和蒸汽受壓縮時(shí)發(fā)生液化這一性質(zhì)常給變?nèi)菔秸婵毡玫某闅鈳?lái)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(gè)抽氣周期包括進(jìn)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(dá)到排氣壓力之前，水蒸汽的分壓力已經(jīng)達(dá)到飽和蒸汽壓，那么繼續(xù)壓縮的過程中，就會(huì)有一部分水蒸汽發(fā)生液化而混入泵油中，無(wú)法排出泵外，并且回到膨脹腔后還會(huì)在低壓下重新汽化成蒸汽，增大吸氣側(cè)的水蒸汽比例和壓力，導(dǎo)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(fā)生液化，那么吸入的水蒸汽分壓力pv、永久氣體分壓力pp、對(duì)應(yīng)泵溫下的水蒸汽飽和蒸汽壓A和泵的排氣壓力Pe間應(yīng)滿足如下關(guān)系：pv / pv pp<ps / pe 或 pv / pp < ps / pe-ps (26)例如：取泵的排氣壓強(qiáng)pe =1.1×lO5Pa，泵溫70oC時(shí)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(shí)，這一條件很難達(dá)到。因?yàn)榇藭r(shí)被抽容器內(nèi)的永久氣體成份已經(jīng)很少，但容器內(nèi)表面凝結(jié)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(gè)傳統(tǒng)方法是加氣鎮(zhèn)，即向壓縮腔內(nèi)充入永久氣體成份以降低水蒸汽所占的比例，使其在達(dá)到飽和前便被排出。

水蒸汽的存在也會(huì)影響到壓縮式真空計(jì)(麥?zhǔn)嫌?jì))的精確使用。測(cè)量讀數(shù)時(shí)，如果測(cè)量管內(nèi)經(jīng)過壓縮的氣體中，水蒸汽的分壓力尚低于當(dāng)時(shí)飽和蒸汽壓，那么讀數(shù)表示的是水蒸汽和永久氣體的全壓力；若水蒸汽已經(jīng)達(dá)到飽和發(fā)生液化，那么讀數(shù)會(huì)比永久氣體的分壓力高一些，但無(wú)法得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。為消除水蒸汽對(duì)測(cè)量的干擾，常在麥?zhǔn)嫌?jì)前安一低溫冷講，這樣測(cè)得的就只是永久氣體的分壓力。

液體(或固體)在真空中蒸發(fā)(或升華)變成蒸汽時(shí)需要吸收熱量，稱為汽化熱。物質(zhì)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(fā)抽除，這些水蒸發(fā)時(shí)要從蔬菜體內(nèi)吸取汽化熱，從而使蔬菜在脫水同時(shí)降溫，正是利用了水蒸發(fā)吸熱的原理；這種現(xiàn)象有時(shí)也會(huì)給真空操作帶來(lái)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(fā)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(jié)冰，余下的水就只能以升華的方式緩慢蒸發(fā)，從而延長(zhǎng)抽真空的時(shí)間。

1. 處于平衡狀態(tài)的理想氣體分子，其熱運(yùn)動(dòng)速度的分布服從麥克斯韋速度分布定律。氣體分子熱運(yùn)動(dòng)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(xù)函數(shù)，稱為速率分布函數(shù)。mo = M/NA ，為一個(gè)氣體分子的質(zhì)量(kg)。利用速率分布函數(shù)，可以計(jì)算出反映分子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)速度中出現(xiàn)幾率最大的速度，即與F(v)最大值相對(duì)應(yīng)的v值；所有氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速度的算術(shù)平均值叫算術(shù)平均速度v；把所有氣體分子的速度的平方加起來(lái)，然后被分子總數(shù)除， 再開方就得到均方根速度vs。它們的計(jì)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(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱直接與宏觀上的氣體壓力定量聯(lián)系起來(lái)：P = 1/3(nmovs2 = 1/3(pvs2) (11) 3．氣體中一個(gè)分子與其它分子每連續(xù)二次碰撞之間所走過的路程稱為自由程，自由程有長(zhǎng)有短，差異很大，但大量自由程的統(tǒng)計(jì)平均值卻是一定的，稱為平均自由程頁(yè)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(biāo)l、j分別代表第1、j種氣體成份的參數(shù)。還可定義電子和離子在氣體中運(yùn)動(dòng)的平均自由程λe和λi(m)。需要強(qiáng)調(diào)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(yùn)動(dòng)時(shí)與氣體分子連續(xù)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(jì)算式中出現(xiàn)的都是氣體分子的參數(shù)，而與電子或離子的空間密度無(wú)關(guān)。(14)(15) 4．氣體分子的某一次自由程取值完全是隨機(jī)的，但大量自由程的長(zhǎng)度分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。氣體分子自由程大于一給定長(zhǎng)度χ的幾率為(16)類似地可得出，電子或離子在氣體中運(yùn)動(dòng)的自由程大于一給定長(zhǎng)度χ的幾率為(17)(18)利用這種分布規(guī)律，結(jié)合平均自由程計(jì)算公式(12)～(15)，可以計(jì)算出做定向運(yùn)動(dòng)的粒子束流穿過空間氣體時(shí)的散失率，或根據(jù)所限定的散失率確定空間氣體所必須達(dá)到的真空度。

例如：一臺(tái)離子束真空設(shè)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(nèi)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(yīng)為多少？

根據(jù)題意，可知當(dāng)χ=O.25m時(shí)，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(jié)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(guān)于氣體分子對(duì)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(shù)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(shí)間內(nèi)由dw方向飛來(lái)碰撞到ds上的氣體分子數(shù)目dNθ與cosθ成正比，這就是通常所說的余弦定律：(19)單位時(shí)間內(nèi)碰撞在固體表面單位面積上的氣體分子數(shù)目稱為氣體分子對(duì)表面的入射率ν(m-2s-1)，其計(jì)算式為：(20)根據(jù)平衡狀態(tài)的假設(shè)，氣體分子飛離固體表面時(shí)的方向分布及數(shù)量應(yīng)與入射相一致，因此仍可按式(19)、(20)計(jì)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(guī)律。

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

這種由于溫度不同而引起氣體流動(dòng)，平衡時(shí)產(chǎn)生壓力梯度的現(xiàn)象，稱為熱流逸現(xiàn)象。它會(huì)給真空測(cè)量帶來(lái)誤差。例如某真空電阻爐熱場(chǎng)區(qū)溫度為1800K，通過細(xì)管連接的真空規(guī)管工作在300K溫度下，若規(guī)管測(cè)得壓強(qiáng)為2×10-4Pa，則可由(22)式算得爐內(nèi)的真實(shí)氣體壓力為(22-1)

首先應(yīng)該說明，本節(jié)及以后幾節(jié)中所介紹的定律和公式，是針對(duì)平衡狀態(tài)下的理想氣體得出的。不過，常溫(與室溫相比)低壓(相對(duì)大氣壓而言)下的各種氣體都可以看作是近似程度相當(dāng)好地理想氣體，因此，我們可以放心地把這些定律和公式應(yīng)用于真空工程的絕大部分計(jì)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(tài)過程，甚至于明顯的非平衡狀態(tài)(如氣體的流動(dòng)過程)。

氣體的壓力p(Pa)、體積V(m3)、溫度T(K)和質(zhì)量m(kg)等狀態(tài)參量間的關(guān)系，服從下述氣體實(shí)驗(yàn)定律：

1、波義耳～馬略特定律：一定質(zhì)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(shù) pV = 常數(shù)。

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

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

上述三個(gè)公式習(xí)慣上稱為氣體三定律。

具體應(yīng)用方式常為針對(duì)由一個(gè)恒值過程連結(jié)的兩個(gè)氣體狀態(tài)，已知3個(gè)參數(shù)而求第4個(gè)參數(shù)。例如：初始?jí)毫腕w積為P1、V1，的氣體，經(jīng)等溫膨脹后體積變?yōu)閂2，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(xué)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(dú)存在時(shí)所能產(chǎn)生的壓力。

道爾頓定律表明了個(gè)組分氣體壓力的相互獨(dú)立和可線性疊加的性質(zhì)。

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(shù)；或者說，在溫度同壓力下，相同分子數(shù)目的不同種類氣體占據(jù)相同的體積。1mol任何氣體的分子數(shù)目叫做阿佛加德羅數(shù)，NA = 6.022×1023mol-1。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(po = 1.01325×105Pa，To = 0oC），1mol任何氣體的體積稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積，Vo = 2.24×10-2m3mol-1。

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

一定質(zhì)量的氣體，由一個(gè)狀態(tài)（參量值為p1、V1、T1）經(jīng)過任意一個(gè)熱力學(xué)過程(不必是恒值過程)變成另一狀態(tài)(參量值為p2、V2、T2)，根據(jù)狀態(tài)方程，可得到關(guān)系式：p1V1/T1 = p2V2/T2 (6)對(duì)（5）變換，還可計(jì)算單位體積空間內(nèi)的氣體分子數(shù)目和氣體質(zhì)量，即氣體分子數(shù)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(shù)k = R/NA = 1.38×1023J/K 稱為波爾茲曼常數(shù)。

當(dāng)真空管道兩端存在有壓力差時(shí)，氣體就會(huì)自動(dòng)地從高壓處向低壓處擴(kuò)散，便形成了氣體流動(dòng)。任何真空系統(tǒng)都是由氣源(待抽容器)、系統(tǒng)構(gòu)件(管道閥門等)及抽氣裝置(真空泵)組成的，氣體從氣源經(jīng)過系統(tǒng)的構(gòu)件向抽氣口源源不斷地流動(dòng)，是動(dòng)態(tài)真空系統(tǒng)的普遍特點(diǎn)。

真空技術(shù)中，氣體沿管道的流動(dòng)狀態(tài)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(dòng)中起主要作用，流動(dòng)呈不穩(wěn)定狀態(tài)，流線無(wú)規(guī)則，并不時(shí)有旋渦出現(xiàn)，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為湍流(渦流，紊流)；隨著流速和氣壓的降低，在低真空區(qū)域內(nèi)，氣流由湍流變成規(guī)則的層流流動(dòng)，各部分具有不同速度的流動(dòng)層，流線平行于管軸，氣體的粘滯力在流動(dòng)中起主導(dǎo)作用，此時(shí)氣體分子的平均自由程λ仍遠(yuǎn)小于導(dǎo)管最小截面尺寸d，這種流態(tài)叫做粘滯流；當(dāng)氣體流動(dòng)進(jìn)入高真空范圍，分子平均自由程λ遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管道最小尺寸d時(shí)，氣體分子與管壁之間的碰撞占居主要地位，分子靠熱運(yùn)動(dòng)自由地直線進(jìn)行，只發(fā)生與管壁的碰撞和熱反射而飛過管道，氣體流動(dòng)由各個(gè)分子的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)疊加而成，這種流動(dòng)稱作分子流；發(fā)生在中真空區(qū)域內(nèi)，介于粘滯與分子流之間的流動(dòng)狀態(tài)叫做中間流或過渡流。

在不同的流動(dòng)狀態(tài)下，管道中的氣體流量和導(dǎo)氣能力計(jì)算方法不同，因此在氣體流動(dòng)計(jì)算時(shí)，首先要進(jìn)行流態(tài)判別。由于在真空抽氣過程中湍流的出現(xiàn)時(shí)間較短，常常不加以單獨(dú)考慮，而是將其歸入粘滯流態(tài)。其它流動(dòng)狀態(tài)的判別可用克努曾數(shù)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(jù)：

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(shù)量的多少，可以使用氣體的質(zhì)量流率qm(kg/s)和摩爾流率qv(mol/s)，即單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面的氣體質(zhì)量和氣體摩爾數(shù)。不過這兩種流率不便實(shí)際測(cè)量，因此工程中廣泛使用的是單位時(shí)間內(nèi)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(guān)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(jiǎn)稱抽速)，是真空泵的重要性能指標(biāo)之一。由于在不同壓力下，相同的體積流率對(duì)應(yīng)有不同的質(zhì)量流率，所以在計(jì)算體積流率量值時(shí)，必須指明所對(duì)應(yīng)的氣體壓力。

為了更方便地計(jì)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(shí)間內(nèi)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(guān)系為 qG = p·qv (29)在穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)下，即管道各截面處的氣體壓力不隨時(shí)間變化時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，真空系統(tǒng)任一截面上的氣體質(zhì)量流率qm相等，若整個(gè)系統(tǒng)中各處溫度相同，則化為流量連續(xù)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(dòng)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(duì)應(yīng)的流量qG1/T1=qG2/T2實(shí)驗(yàn)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(shù)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(dǎo)。流導(dǎo)是各種真空系統(tǒng)元件（管道、閥們、冷阱、孔口等）的主要技術(shù)指標(biāo)之一，直接反映該元件對(duì)氣體流動(dòng)的阻礙程度，是真空系統(tǒng)計(jì)算中需要首先計(jì)算的參數(shù)。元件的流導(dǎo)與所流過氣體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，氣體流動(dòng)為粘滯流時(shí)，流導(dǎo)值與元件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及流過氣體的平均壓力有關(guān)；為分子流時(shí)，流導(dǎo)僅與幾何結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)。根據(jù)組成真空系統(tǒng)的需要，有時(shí)將幾個(gè)真空元件(如管道)的入口和出口分別聯(lián)接在一起，稱為元件的并聯(lián)，并聯(lián)后元件的總流導(dǎo)等于各分支流導(dǎo)之和 C=C1 C2 … Cn (32)有時(shí)將幾個(gè)元件首尾順序聯(lián)接，稱為元件的串聯(lián)，串聯(lián)后元件的總流導(dǎo)的倒數(shù)等于各元件流導(dǎo)的倒數(shù)之和 1/C = 1/C1 1/C2 … 1/Cn (33)把一個(gè)被抽容器的出口和一臺(tái)真空泵的入口，用總流導(dǎo)為C的真空管路聯(lián)接起來(lái)，若真空泵在其入口處的抽速為S，則該真空系統(tǒng)在被抽容器出口處所能產(chǎn)生的有效抽速為S，則該真空系統(tǒng)在被抽容器出口處所能產(chǎn)生的有效抽速Se為 Se = (S·C)/(S C) (34)此式習(xí)慣上稱為真空技術(shù)基本方程。從中可以看出，在被抽容器出口產(chǎn)生的有效抽速Se，比泵口抽速S和管路流導(dǎo)C都要小；若要獲得較大的Se，應(yīng)該合理地搭配S和C，單獨(dú)增大其中的一個(gè)，不能獲得理想的結(jié)果

1、玻義爾定律

體積V，壓強(qiáng)P，P·V=常數(shù)

一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與氣體的體積成反比。

即P1/P2=V2/V1

2、蓋·呂薩克定律

當(dāng)壓強(qiáng)P不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，其體積V與絕對(duì)溫度T成正比：

V1/V2=T1/T2=常數(shù)

當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來(lái)增加(或縮小)1/273。

3、查理定律

當(dāng)氣體的體積V保持不變，一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)P與其絕對(duì)溫度T成正比，即：

P1/P2=T1/T2

在一定的體積下，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強(qiáng)比原來(lái)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(qiáng)(托)　V=體積(升) t=時(shí)間(秒)

6、通導(dǎo)：

C=Q/(P2-P1) (升/秒)

7、真空抽氣時(shí)間：

對(duì)于從大氣壓到1托抽氣時(shí)間計(jì)算式：

t=8V/S (經(jīng)驗(yàn)公式)

V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。

8、維持泵選擇：

S維=S前/10

9、擴(kuò)散泵抽速估算：

S=3D2 (D=直徑cm）

10、羅茨泵的前級(jí)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(tǒng)漏率(mmHg·l/s)

V－系統(tǒng)容積(l)

P1－真空泵停止時(shí)系統(tǒng)中壓強(qiáng)(mmHg)

P2－真空室經(jīng)過時(shí)間t后達(dá)到的壓強(qiáng)(mmHg)

t－壓強(qiáng)從P1升到P2經(jīng)過的時(shí)間(s)

12、粗抽泵的抽速選擇：

S=Q1/P預(yù) (l/s)

S=2.3V·lg(Pa/P預(yù))/t

S－機(jī)械泵有效抽速

Q1－真空系統(tǒng)漏氣率(托·升/秒)

P預(yù)－需要達(dá)到的預(yù)真空度(托)

V－真空系統(tǒng)容積(升)

t－達(dá)到P預(yù)時(shí)所需要的時(shí)間

Pa－大氣壓值(托）

13、前級(jí)泵抽速選擇：

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

PnSg≥PgS 或

Sg≥Pgs/Pn

Sg－前級(jí)泵的有效抽速(l/s)

Pn－主泵臨界前級(jí)壓強(qiáng)(最大排氣壓強(qiáng))(l/s)

Pg－真空室最高工作壓強(qiáng)(托)

S－主泵工作時(shí)在Pg時(shí)的有效抽速。(l/s)

14、擴(kuò)散泵抽速計(jì)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(nèi)油柱上升格數(shù)(格)

t－油柱上升n格所需要的時(shí)間(秒)

P－在泵口附近測(cè)得的壓強(qiáng)(托)

K－滴管系數(shù)(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(zhǎng)度(mm)

n－滴管刻度部分的格數(shù)(格)

Υ0－油的比重(克/厘米3)

Υm－汞的比重(克/厘米3)

Pa－當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)(托)

△Vt－滴管的刻度上的一格的對(duì)應(yīng)的容積(升/格)

15、旋片真空泵的幾何抽速計(jì)算公式：

S=πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)

式中：Z為旋片數(shù)，n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，L為泵腔長(zhǎng)度，D為泵腔直徑，d為轉(zhuǎn)子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(shù)(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(zhǎng)，槽寬C=1.67B

本指沒有任何實(shí)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(shè)你把一個(gè)空間的氣體都趕跑，會(huì)發(fā)現(xiàn)還是不時(shí)有基本粒子在真空中出現(xiàn)又消失，無(wú)中生有。物理上的真空實(shí)際上是一片不停波動(dòng)的能量之海。當(dāng)能量達(dá)到波峰，能量轉(zhuǎn)化為一對(duì)對(duì)正反基本粒子，當(dāng)能量達(dá)到波谷，一對(duì)對(duì)正反基本粒子又相互湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。

真空具有如下性質(zhì)：

1.空非無(wú)。如果真空中沒有粒子，我們就會(huì)準(zhǔn)確的測(cè)出場(chǎng)(0)與場(chǎng)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(shí)精確地測(cè)出一對(duì)共軛量，所以，可以“空”，不能“無(wú)”。因此，在真空中，粒子不停地以虛粒子、虛反粒子對(duì)的形式憑空產(chǎn)生，而又互相湮滅，在這個(gè)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(duì)稱的。但這種不對(duì)稱是相對(duì)局部的，在相對(duì)整體上又是對(duì)稱的，如此的循環(huán)嵌套構(gòu)成了真空的這個(gè)性質(zhì)。

3.真空的每個(gè)局部具備了真空的全體性質(zhì)。大和小是相對(duì)而言的。時(shí)間也是相對(duì)于空間而言的，時(shí)間不能脫離了具體的空間而單獨(dú)的存在。

真空?qǐng)D實(shí)踐應(yīng)用

生活應(yīng)用

膨化食物的真空包裝，可以防止食物變質(zhì)，延長(zhǎng)食物保存時(shí)間；

真空燈泡，防止燈絲被氧化，延長(zhǎng)使用壽命。

工業(yè)生產(chǎn)

工業(yè)上的真空指的是氣壓比一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓小的氣體空間，是指稀薄的氣體狀態(tài)，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(jī)得到真空的。它的氣體稀薄程度用真空計(jì)測(cè)定，我們已能用分子抽氣機(jī)和擴(kuò)散抽氣機(jī)得到0.00000 00001大氣壓的高真空。真空在科學(xué)技術(shù)，電真空儀器，電子管和其他電子儀器方面，都有很大用

正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的作用絕不僅僅是一對(duì)正負(fù)電子相撞產(chǎn)生光子和能量那么簡(jiǎn)單，一對(duì)光子也可以相撞產(chǎn)生一對(duì)正負(fù)質(zhì)子之類，而相撞使相撞所處的那部分真空可以激發(fā)到高能態(tài)，可以產(chǎn)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(wù)。

真空?qǐng)D科研應(yīng)用

航天器軌道飛行提供的真空和微重力環(huán)境，是一個(gè)寶庫(kù)，為人們提供了地面上難以獲得的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)工藝條件，進(jìn)行地面上難以進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)地面上難以生產(chǎn)的材料、工業(yè)產(chǎn)品和藥物。

在高真空和微重力環(huán)境中進(jìn)行生命和生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)，不會(huì)有有機(jī)物污染，發(fā)生混入或測(cè)定錯(cuò)誤，細(xì)菌等實(shí)驗(yàn)用的微生物不會(huì)到處擴(kuò)散，十分安全。 在零重力或微重力條件下，可進(jìn)行無(wú)容器冶煉，這不會(huì)有任何雜質(zhì)混入，可以獲得高品質(zhì)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(zhǎng)出高質(zhì)量、大直徑的單晶體砷化鎵等半導(dǎo)體材料；可以生產(chǎn)百分之百圓度的滾珠軸承等圓球工業(yè)產(chǎn)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(huán)境利用的重要方面。在地面上制藥，由于地球重力作用，培養(yǎng)物會(huì)發(fā)生沉淀，處在沉淀中的微生物會(huì)因缺氧而死亡；如輸氧攪拌，所形成的低壓小氣泡又會(huì)破壞細(xì)胞；如加防泡劑，則會(huì)降低氧的溶解度，有礙微生物的繁殖，形成惡性循環(huán)。而在微重力環(huán)境中，培養(yǎng)物液體中含有大量的氣泡，也不會(huì)沉淀，微生物可隨時(shí)獲得氧氣，生長(zhǎng)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(zhǎng)素、治療貧血的紅血球生長(zhǎng)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(xì)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(chǎng)作用下精確地分離成不同成份。其設(shè)備第一代為靜態(tài)電泳儀，第二代為連續(xù)流動(dòng)電泳儀。

系統(tǒng)

真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料是構(gòu)成真空系統(tǒng)主體的材料，它將真空系統(tǒng)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(huì)或多或少地有一部分油蒸氣返流進(jìn)入高真空端。它們?cè)跀U(kuò)散泵口建立的壓力，有時(shí)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(tǒng)的極限壓力，而且還對(duì)被抽容器造成污染，因而返油率是擴(kuò)散泵系統(tǒng)的主要考核指標(biāo)。

真空包裝真空包裝將食品裝入包裝袋，抽出包裝袋內(nèi)的空氣，達(dá)到預(yù)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(nèi)的空氣達(dá)到預(yù)定真空度后，再充入氮?dú)饣蚱渌旌蠚怏w，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(zhì)，其原理也比較簡(jiǎn)單，因食品霉腐變質(zhì)主要由微生物的活動(dòng)造成，而大多數(shù)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(yùn)用這個(gè)原理，把包裝袋內(nèi)和食品細(xì)胞內(nèi)的氧氣抽掉，使微生物失去生存的環(huán)境。

測(cè)量

真空測(cè)量的傳感器, 大部分都是用電離規(guī)， 并且在中程真空范圍用途最廣泛。常用的電離真空規(guī)測(cè)量?jī)x, 都采用模擬電路控制發(fā)射電流， 并把它當(dāng)成固定數(shù)來(lái)運(yùn)算, 這樣會(huì)產(chǎn)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(huán)中的漂移產(chǎn)生不穩(wěn)定, 由此而導(dǎo)致測(cè)量誤差較大。為消除此類不良現(xiàn)象， 我們應(yīng)用現(xiàn)代控制理論—PID和Fuzzy控制, 采用數(shù)字電路控制發(fā)射電流， 控制環(huán)中都用16位的高分辨率A/D和D/A,且把發(fā)射電流測(cè)量值參入運(yùn)算， 允許發(fā)射電流有一定的變化范圍。這樣既提高了測(cè)量精度, 又在它們的線性區(qū)域內(nèi)擴(kuò)充量程。

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

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(jié)構(gòu)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(shù)術(shù)語(yǔ)；

GB/T 3164-93 真空技術(shù)系統(tǒng)用圖形符號(hào)；

GB/T 6070-1995 真空法蘭；

GB/T 16709-1996 真空技術(shù)管路配件 裝配尺寸；

JB 1090～1092-91 真空動(dòng)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(jié)構(gòu)尺寸；

JB 5278.3-91 銅絲密封可烘烤真空法蘭銅絲密封圈結(jié)構(gòu)尺寸；

JB/T 7673-95 真空設(shè)備型號(hào)編制方法；

JB/T 8105.1～8105.2-1999 真空規(guī)管接頭；

JB/T 8105.1-1999 橡膠密封真空規(guī)管接頭；

JB/T 8105.2-1999 金屬密封真空規(guī)管接頭。2100433B

真空?qǐng)D基本概念

按其詞源原本是指虛空，即一無(wú)所有的空間。工業(yè)和真空科學(xué)上的真空指的是，當(dāng)容器中的壓力低于大氣壓力時(shí),把低于大氣壓力的部分叫做真空，而容器內(nèi)的壓力叫絕對(duì)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(yè)真空有程度上的區(qū)別：當(dāng)容器內(nèi)沒有壓力即絕對(duì)壓力等于零時(shí)，叫做完全真空;其余叫做不完全真空。而狹義相對(duì)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(zhì)的空間狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于工業(yè)里的完全真空。按現(xiàn)代物理量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)，真空不空，其中包含著極為豐富的物理內(nèi)容。狹義相對(duì)論等理論中的真空只是普朗克常數(shù)趨于0時(shí)的近似情形。

真空?qǐng)D真空科學(xué)

遠(yuǎn)在1643年，意大利物理學(xué)家托里拆利發(fā)現(xiàn)，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(zhǎng)玻璃管灌滿汞，并倒立于汞槽中時(shí)，發(fā)現(xiàn)管中汞面下降，直至與管外的汞面相差76厘米時(shí)為止。托里拆利認(rèn)為，玻璃管汞面上的空間是真空，76厘米高的汞柱是因?yàn)榇嬖诖髿鈮毫Φ木壒省?

1650年，德國(guó)的蓋利克制成活塞真空泵。

1654年，他在馬德堡進(jìn)行了著名的馬德堡半球試驗(yàn)：用真空泵將兩個(gè)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(gè)著名的試驗(yàn)又一次證明，空間有大氣存在，且大氣有巨大的壓力。為了紀(jì)念托里拆利在科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)和貢獻(xiàn)，以往習(xí)用的真空壓力單位就是用他的名字命名的。

19世紀(jì)中后期，英國(guó)工業(yè)革命的成功，促進(jìn)了生產(chǎn)力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展，同時(shí)也推動(dòng)了真空技術(shù)的發(fā)展。

1850年和1865年，先后發(fā)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(jì)(1874)。壓縮式真空計(jì)的應(yīng)用首次使低壓力的測(cè)量成為可能。

20世紀(jì)初，真空電子管出現(xiàn)，促使真空技術(shù)向高真空發(fā)展。

1935～1937年發(fā)明了氣鎮(zhèn)真空泵、油擴(kuò)散泵和冷陰極電離計(jì)。這些成果和1906年制成的皮拉尼真空計(jì)至今仍為大多數(shù)真空系統(tǒng)所常用。

1940年以后，真空應(yīng)用擴(kuò)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(shù)開始成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科。第二次世界大戰(zhàn)期間，原子物理試驗(yàn)的需要和通信對(duì)高質(zhì)量電真空器件的需要，又進(jìn)一步促進(jìn)了真空技術(shù)的發(fā)展。

基本原理

真空是物理學(xué)里面的一個(gè)概念，最開始反映的是空無(wú)一物的狀態(tài)，類似于“無(wú)”。20世紀(jì)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(wú)一物而是時(shí)刻有虛粒子與實(shí)物粒子轉(zhuǎn)化的，但整體是對(duì)外不顯物理屬性的宏觀總體。真空是能量海，是一個(gè)不斷振蕩的充滿著巨大能量的客觀存在；而空間只是數(shù)學(xué)上的一個(gè)概念，是反映的是運(yùn)動(dòng)的屬性和幾何大小的概念。也就是說，空間和真空一個(gè)是數(shù)學(xué)概念一個(gè)是物理概念，二者沒有絲毫的包含關(guān)系。真空的屬性的確需要使用空間來(lái)描述，但那只是種數(shù)學(xué)表示，是為了方便研究才引入的參量，并不是說真空的性質(zhì)取決于空間。

真空?qǐng)D認(rèn)識(shí)過程

人類關(guān)于真空的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了幾次根本的變革和反復(fù)。古希臘德謨克利特的原子論認(rèn)為所有的物質(zhì)都是由原子組成，原子之外就是虛空。17世紀(jì)R.笛卡兒提出以太漩渦說，認(rèn)為空間充滿了以太，并用以說明行星的運(yùn)動(dòng)。不久I.牛頓建立以運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律為基石的牛頓力學(xué)，成功地解決了行星繞日運(yùn)動(dòng)問題，引力被認(rèn)為是超距作用的，無(wú)需以太陽(yáng)作為傳遞媒介，從而否定了以太論。19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)光的波動(dòng)性，認(rèn)為波的傳播必須依靠介質(zhì)，特別是后來(lái)發(fā)現(xiàn)了電磁場(chǎng)的波動(dòng)性，以太論再度興起，認(rèn)為宇宙中不論何時(shí)何地，任何物體內(nèi)無(wú)不充滿了以太，光和電磁波被解釋為以太的機(jī)械振動(dòng)。后來(lái)雖然在觀念上有所變化，把光和電磁波看成電磁場(chǎng)的振動(dòng)，但以太仍然保留著某種絕對(duì)的性質(zhì)，它可以看成是描述萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)靜止的參考系。19世紀(jì)末20世紀(jì)初各種試圖探測(cè)地球相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)驗(yàn)均告失敗，A.愛因斯坦建立狹義相對(duì)論，再次否定了這種作為絕對(duì)靜止以太的存在。稍后，愛因斯坦在用場(chǎng)論觀點(diǎn)研究引力現(xiàn)象時(shí)，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到空無(wú)一物的真空觀念是有問題的，他曾提出真空是引力場(chǎng)的某種特殊狀態(tài)的想法。

真空斷路器

首先給予真空嶄新物理內(nèi)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(fù)能解的困境，提出真空是充滿了負(fù)能態(tài)的電子海。當(dāng)負(fù)能態(tài)的電子吸收了足夠的能量躍遷到正能態(tài)成為普通電子時(shí)，電子海中才能留下可觀測(cè)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(tài)要高，因此真空就是能量最低的狀態(tài)。從現(xiàn)代量子場(chǎng)論的觀點(diǎn)看，每一種粒子對(duì)應(yīng)于一種量子場(chǎng)，粒子就是對(duì)應(yīng)的場(chǎng)量子化的場(chǎng)量子。當(dāng)空間存在某種粒子時(shí)，表明那種量子場(chǎng)處于激發(fā)態(tài)；反之不存在粒子時(shí)，就意味著場(chǎng)處于基態(tài)。因此，真空是沒有任何場(chǎng)量子被激發(fā)的狀態(tài)，或者說真空是量子場(chǎng)系統(tǒng)的基態(tài)。

關(guān)于真空的近代認(rèn)識(shí)不再是哲學(xué)上的思辨，而是可通過實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的。有不少現(xiàn)象都需要用真空的近代觀念予以說明。例如氫原子能級(jí)的蘭姆移位和電子的反常磁矩，實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)以非常高的精度證實(shí)了真空極化的效應(yīng)；高能正負(fù)電子對(duì)撞湮沒為高能光子，反之高能光子可使真空激發(fā)出大量的粒子，也是很好的明證。對(duì)于真空的認(rèn)識(shí)尚屬初級(jí)探索階段，物理學(xué)家還在探索真空自發(fā)破缺和真空相變等問題，必將推動(dòng)物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

真空?qǐng)D含義特點(diǎn)

在真空科學(xué)中，真空的含義是指在給定的空間內(nèi)低于一個(gè)大氣壓力的氣體狀態(tài)。人們通常把這種稀薄的氣體狀態(tài)稱為真空狀況。這種特定的真空狀態(tài)與人類賴以生存的大氣在狀態(tài)相比較，主要有如下幾個(gè)基本特點(diǎn)：（ 1 ）真空狀態(tài)下的氣體壓力低于一個(gè)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(qiáng)差的大小由容器內(nèi)外的壓差值而定。由于作用在地球表面上的一個(gè)大氣壓約為 101325N/m^2，因此當(dāng)容器內(nèi)壓力很小時(shí)，則容器所承受的大氣壓力可達(dá)到一個(gè)大氣壓。

（ 2 ）真空狀態(tài)下由于氣體稀薄，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)，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(zhì)點(diǎn)（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(shù)相對(duì)減少，使氣體的分子自由程增大。

真空?qǐng)D技術(shù)概括

vacuum technique使氣體壓強(qiáng)低于地面大氣壓強(qiáng)的技術(shù)。

真空是指壓強(qiáng)遠(yuǎn)小于101.325千帕（kPa）（即1大氣壓）的稀薄氣體空間。在真空技術(shù)中除國(guó)際單位制的壓強(qiáng)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(chǎn)生的壓強(qiáng)，即1Torr=133.3224Pa。

按氣體壓強(qiáng)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(shù)包括真空的獲得、測(cè)量和應(yīng)用。

活塞泵、旋片泵等通過活塞或旋片的不斷運(yùn)動(dòng)，改變泵體的體積，把氣體排放出去，獲得真空。擴(kuò)散泵用高速運(yùn)動(dòng)的氣流，把擴(kuò)散到泵體的氣體分子帶走。此外還有利用低溫表面來(lái)冷凝或凍結(jié)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(cè)量真空度即測(cè)量稀薄氣體壓強(qiáng)的量具叫做真空規(guī)或真空計(jì)。可分為絕對(duì)真空計(jì)和相對(duì)真空計(jì)兩類。前者通過本身測(cè)出的物理量直接求出氣壓的大小，如U形管、薄膜計(jì)、麥克勞真空計(jì)（利用玻意耳定律），熱偶真空計(jì)等；后者必須經(jīng)過絕對(duì)真空計(jì)的校正才能測(cè)定氣壓，如電離真空計(jì)、皮拉尼真空計(jì)、阻尼真空計(jì)等。

利用真空與地面大氣的壓強(qiáng)差，可以輸運(yùn)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(huán)境有利于某些金屬的焊接、熔煉，某些低熔點(diǎn)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(huán)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(guī)模集成電路的加工，鍍膜等也都需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。在科學(xué)研究中，例如表面物理實(shí)驗(yàn)，各種加速器、聚變反應(yīng)和空間環(huán)境模擬等都離不開真空。