低真空的获得和测量

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1、低真空的获得和测量实验目的：1．学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象；2．用U型计和热偶计测量真空以及用定容法测量机械泵的有效抽速。 实验原理：1.真空获得—真空泵1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。原理：当泵工作后，形成压差，p1>p2，实现了抽气。真空泵的主要参数(1)S（抽气速率）：定义为在泵的进气口任意给定压强下，单位时间内流入泵内的气体体积或表示为：其中，Q为单位时间内流入泵的气体量。泵的抽气速率S并不是常数，随P而变。(2)极限压强Pu(极限真空)(3)最高工作压强Pm(4)工作压强范围（Pu-Pm）：泵能正常工作的压

2、强范围2.真空测量(1)U型压力计水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。一般压力计一段封闭，另一端接入真空系统，封闭端为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。对于精密工作则需进行温度修正。对于压力较低（低于Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多。绝对压力由下式给出式中h是油压力计的读数。(2).高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，原理图如图所示。接通电源后，调节放电火花间隙G，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停的移动。随着压强的变化，系

3、统内放电辉光的颜色不断变化，从放电颜色可粗略地估计真空系统的气压。随着真空度的提高，容器内的剩余气体分子逐渐减少,由于机械泵对各种气体的抽气速率不同，残余气体中各种气体成分的比例随着气压的降低而变化。当对玻璃容器加一高压时，容器中的游离电子（宇宙射线产生）被加速与气体分子碰撞，当电子的能量足够大时，使气体分子电离，电离产生的次级电子再被电场加速与气体分子碰撞，再使气体分子电离，正负离子复合过程会有光子释放，即产生辉光放电，辉光放电是气体电离的基本形式之一，它反映了容器内气体的电离和复合过程。由于各种气体的电离电位不同，在复合过程中释出的光子频率不同，即辉光放电的颜色也不同，根据颜色

4、变化可大致判断真空度的量级。(3)定容法测机械泵的有效抽速设被抽容器的容积为v,气体压强为p,容器内的气体总量为pv。令机械泵的有效抽速s,则单位时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。由实验可知，气压p在105—103Pa之间，s是常量。(4)热偶真空计(热传导真空计)热偶真空计是一种热传导真空计。热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。两根不同金属丝A与B制成的一对热电偶。当C和D通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则

5、热电偶A、B两段的热电动势E增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系，下图给出了热偶计刻度曲线。热偶真空计的测量范围大约在100—10-1Pa之间，它不能够测量再低的压强，这是因为当压强更低时，热丝的温度较高，此时气体分子热传导带走的热量很小，而由热丝引线本身产生的热传导和热辐射这两部分不再与压强有关，因此就达到了测量下限。气压下降，管内气体分子减少，热丝温度升高，由热电偶产生的热电势增加，输出电压增加。实验仪器：热偶真空计、旋片式机械泵、热偶规管、高频电火花真空测定仪、FZh-2B型复合真空计。使用方法：玻璃真空系统：它由机械泵、橡皮管道、玻璃管道、玻璃活塞、玻

6、璃容器、U型计、放电管、高频电火花真空测定仪、热偶真空计组成。本系统可以用来做真空的获得和测量。热偶真空计：是一种热传导真空计，利用低气压下气体的热传导与压强间的依赖关系，间接测量真空的仪器，测量范围在100-0.1Pa。旋片式机械泵：旋片式机械泵是一种气压传输泵，它用油来保持密封并依靠机械方法不断地改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空。它是一种低真空泵，常被作为粗抽泵和前级泵。其性能参数主要有极限压强和抽气速率。热偶规管：管中封一加热丝，及一热电偶并使二者保持热接触，在热丝上加一恒定电流，在热电偶两端用毫伏表测量热电动势，管中真空度升高，热丝温度升高

7、，热电动势增高，经校准可由热电动势读出真空度。高频电火花真空测定仪：高频电火花真空测定仪对玻璃真空系统，可大概估计真空度的数量级。利用低真空辉光放电现象，其放电颜色与真空系统中气压和气体成分有关，不同的颜色对应于不同的真空度，测量范围在104-10-1Pa。也可对玻璃真空系统进行捡漏。FZh-2B型复合真空计：连好线后，直接读数。实验内容：1．启动真空系统，用U型压力计和热偶真空计测量系统真空度。2．用高频电火花真空测定仪观测系统内辉光的变化，在每一个数量级至少记一次