物理知識之真空

　　為了闡述真空技術(shù)中經(jīng)常遇到的一些物理知識，特別是那些在真空行業(yè)中會經(jīng)常遇到的一些基本物理定律和相關的理論問題，如理想氣體定律、氣體與蒸氣的性質(zhì)，氣體內(nèi)部各種動力過程的規(guī)律以及氣體與固體間相互作用的規(guī)律等一系列問題，對真空物理中的一些問題進行一些介紹是十分必要的。

　　2.1 理想氣體定律及其狀態(tài)方程

　　本節(jié)所介紹的定律及相關公式是針對平衡狀態(tài)下，符合理想氣體的有關假設條件的前提下而得出的。由于在真空技術(shù)中研究的氣體大多數(shù)處于常溫和低壓狀態(tài)下，因此在工程計算中應用這些定律基本上是符合實際的�，F(xiàn)就有關問題分述如下：

　　2.1.1 氣體定律

　　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)參量間的關系，服從下述氣體實驗定律：

　　2.1.1.1 波義耳—馬略特定律：

　　一定質(zhì)量的氣體，當溫度維持不變時，氣體的`壓力和體積的乘積為常數(shù)。即：pV=常數(shù) 2-1

　　2.1.1.2 蓋·呂薩克定律：

　　一定質(zhì)量的氣體，當壓力維持不變時，氣體的體積與其絕對溫度成正比，即：V?常數(shù)T2-2

　　2.1.1.3 查理定律：

　　一定質(zhì)量的氣體，當體積維持不變時，氣體的壓力與其絕對溫度P?常數(shù)T2-3成正比，即：

　　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(jié)的兩個氣體狀態(tài)，已知3個參數(shù)而求第4個參數(shù)。例如：初始壓力和體積為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，即可求出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。

　　2.1.1.4 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，即：P=P1+P2+……Pn 2-4 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(chǎn)生的壓力。道爾頓定律表明了各組分氣體壓力的相互獨立和可線性疊加的性質(zhì)。

　　2.1.1.5 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，在同溫度同壓力下，相同分子數(shù)目的不同種類氣體占據(jù)相同的體積，人們把1mol任何氣體的分子數(shù)目NA叫做阿佛加德羅數(shù)，NA=6.022×1023mol-1。在標準狀態(tài)下（P0=1.01325×105Pa，T0=0℃），1mol任何氣體的體積V0稱為摩爾體積。

　　V0=2.24×10-2m3/mol。

　　根據(jù)上述氣體定律，可得到反映四個氣體狀態(tài)參量P、V、T、m之間定量關系的理想氣體狀態(tài)方程：

　　pV?mRTM2-5 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量時，可由此式求出另外一個量的值。