用直觀的展示真空的獲得與測量系統(tǒng)，掌握三種真空規(guī)測量不同的真空度的使用方法。了解渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)與使用。真空在日常生活中的應(yīng)用。針對光線能量、壓力用演示的方法說明光壓的能量與測量。

1、引言

　　真空作為一門單獨的學(xué)科已顯得尤為重要，它與電真空工業(yè)、原子能、宇宙航行及空間科學(xué)研究、表面物理研究、微電子學(xué)及真空冶金等有著緊密的聯(lián)系并有著廣泛的應(yīng)用。真空技術(shù)的主要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)是真空的獲得、真空的測量及真空檢漏等。

2、實驗原理與裝備

　　(1) 機(jī)械泵：是用來獲得真空、改善和維持真空的裝置簡稱為真空泵。獲得低真空的獨立設(shè)備為機(jī)械泵, 獲得高真空的為分子泵，有機(jī)械泵作為前級真空下, 分子泵就能獲得高真空。兩種泵都純屬機(jī)械轉(zhuǎn)動而抽氣的金屬泵。機(jī)械泵結(jié)構(gòu)簡單, 主體為圓柱形鋼筒定子空腔, 內(nèi)有一轉(zhuǎn)子, 偏心安置在鋼筒定子內(nèi)旋轉(zhuǎn), 轉(zhuǎn)速為350~ 750 轉(zhuǎn)/ 分。裝在轉(zhuǎn)子溝槽內(nèi)的兩個旋片依靠彈簧力和離心力保持與泵體充分接觸。定子上有一個與被抽系統(tǒng)相聯(lián)的進(jìn)氣口和一個單向活塞閥出氣口。當(dāng)轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動時, 由進(jìn)氣口進(jìn)入轉(zhuǎn)子與定子之間部分空間V1 的體積不斷擴(kuò)大, 而出氣口與轉(zhuǎn)子、定子間的部分空間V2 體積不斷縮小, 前者擴(kuò)大V1 將氣體抽入, 后者將氣體壓縮V2 將壓縮后的氣體排出泵外, 達(dá)到抽氣的目的。一般機(jī)械泵上標(biāo)稱2X ) 8, / 20說明它是兩個串聯(lián)的雙杠, / X0 是旋片式的, / 80表示每秒8 升的抽氣體速率。

　　(2) 分子泵：是利用高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片, 不斷對被抽氣體分子施以定向的動量和壓縮作用, 將氣體排除, 是一種純機(jī)械的高速旋轉(zhuǎn)的真空泵。在泵內(nèi)有一個圓柱形高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子, 氣體分子從轉(zhuǎn)子上得到一定的動量, 使分子自進(jìn)氣口朝向出氣口方向運(yùn)動, 達(dá)到抽氣目的。該泵啟動平穩(wěn)迅速, 它具有剎車功能, 可以得到高速旋轉(zhuǎn)的泵在短時間內(nèi)很快停下來, 工作壓強(qiáng)范圍寬, 從101pa 到高真空10-7pa 都可以正常工作。開啟分子泵, 由冷規(guī)可以測得從低真空到高真空的數(shù)值變化過程, 最終進(jìn)入高真空由復(fù)合冷規(guī)測得等數(shù)據(jù)。由數(shù)字毫秒計顯示光壓旋轉(zhuǎn)儀葉片的旋轉(zhuǎn)速度。由此可以知道真空的獲得和應(yīng)用地過程。

　　(3) 光壓儀：針對太陽能的利用, 有太陽能熱水器、太陽能電池、太陽能發(fā)電站, 太陽能溫室、太陽能灶等, 但是對光壓力的利用還很少。眾所周知, 光是由光子組成的, 光子具有能力, 當(dāng)然也有動量。光子作用在物體上, 會產(chǎn)生一個壓力, 稱為光壓。普通條件下, 光壓非常微弱, 測量與觀察均非常困難。直接能顯示光壓作用效果的裝置。本實驗真空光壓演示儀, 它能有效地利用普通光線的光壓, 直接推動內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn), 光線的強(qiáng)弱驅(qū)動旋轉(zhuǎn)速度不同。國內(nèi)未曾出現(xiàn)過結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的此類型設(shè)備。( 光壓儀于2003 年4 月已獲得專利, 專利號; ZL 022 36896. 5)

　　(3) 真空系統(tǒng)：此設(shè)備是玻璃系統(tǒng)匡架結(jié)構(gòu), 可作的內(nèi)容有真空的獲得、真空檢漏、熱偶規(guī)真空測量低真空, 改變被抽體積V1V2, 可以得到不同的抽速。電離規(guī)測量高真空, 復(fù)合規(guī)連續(xù)測量。霓虹燈在低真空下演示用, 光壓儀在高真空下演示, 形色雙全。直觀性強(qiáng), 對真空系統(tǒng)一目了然, 由低真空1pa- 10-6pa 到高真空抽速快、功能多, 不但可以做高低真空的獲得, 還可以做真空的應(yīng)用, 分子泵上的k1、k 2、k 5 按順序接通, 用熱偶規(guī)測量低真空度, 分別打開k6、k 7 記錄兩個不同容積的抽速, 用高頻火花檢漏儀激發(fā)玻璃系統(tǒng)中氣體放電, 從放電顏色可粗略地判斷真空系統(tǒng)的氣壓, 找到漏點并排除。獲得機(jī)械泵的初極真空度。在實驗中可以獲得機(jī)械泵的初極真空由熱偶規(guī)測得, 改變?nèi)莘e的大小V1V2, 可根據(jù)時間的變化, SP =dv/dt若所有進(jìn)入泵口的氣體分子都被排除或吸收, 則理論抽氣速率為: S 理C/NA C( 為通過單位面積的氣體分子入射率, n 為氣體密度,A 為泵口截面積。對于真空泵, 其實際的最佳抽速( 標(biāo)稱抽速) 為: S標(biāo)= S理H 式中: H為何氏系數(shù), 取決于泵的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計, 其數(shù)值小于1。極限壓強(qiáng)Pu, 此時實際抽速已降為零, 可推出實際抽氣速率為: S實= S際(1-Pu/P)在工作壓強(qiáng)P> P 時, S實U S際; P UPU 時, S實U0。因各種氣體分子有不同的分子量. 平均運(yùn)動速率. 電離幾率和化學(xué)活性等物化特性, 將產(chǎn)生不同的抽氣效果。設(shè)被抽容器體積為V1V2, 抽速為SP 算出機(jī)械泵的抽速。開啟霓虹燈, 根據(jù)霓虹燈的光亮和顏色, 可以分析惰性氣體的含量, 測得機(jī)械泵極限值。開啟分子泵進(jìn)入高真空, 由k1 三通轉(zhuǎn)換到分子泵, k8、k7、k6、k5 都關(guān)閉, 在30 分鐘內(nèi)可以達(dá)到分子泵的極限真空度2×10- 6Pa, 這時分子泵只抽光壓儀, 用光電效應(yīng), 數(shù)字毫秒計記數(shù), 就可以算出每燭光與每瓦特的差別。測量光壓儀在一定光亮中的轉(zhuǎn)動速度。

參考資料:

　　[1] 沙振舜. 新編近代物理實驗?zāi)暇┐髮W(xué)出版社. 2002. 4.291- 308

　　[2] 肅 泰. 膜導(dǎo)電玻璃及發(fā)展應(yīng)用甘肅科學(xué)學(xué)報. 2004. 3.124- 126