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真空技术基础

晨怡热管 http://nx8.net/news/30/ 2006-10-2 0:49:44
日期:2005-12-31 13:33:25 来源:来自网络 查看:[大 中 小] 作者:椴木杉 热度:

气体的特点是无一定形状,也无一定体积,气体能无限地膨胀而完全充满于任何体积的容器中;气体又能均匀地混合,数种不同种类的气体,不管其比例如何都能混合成一均匀状态。

 

物质的气体状态由压强、体积和温度三个因素来决定。当气体压缩时,压强增加,体积缩小,温度升高;当气体膨胀时,压强降低,体积增大,温度降低。

 

可以用气体的基本定律来概括气体状态变化的一些规律。

 

一、波义耳—马略特定律:一定质量的气体,在恒温下,气体的压强与其体积的乘积为常数。这定律说明当温度因素不变时,压强与体积的关系,可以表示为:

 

P1V1P2V2=常数

 

P1V1表示变化前气体的压强和体积,

 

P2V2表示变换后气体的压强和体积。

 

二、盖·吕萨克定率:一定质量的气体,在恒压下,气体的体积与其绝对温度成正比。这定律说明当压力因素不变时,体积与温度的关系。可以表示为:

 

V=常数×T

 

V表示气体的体积。

 

T表示绝对温度,

 

三、道尔顿定律:不相互起化学作用的混合气体的总压强等于各气体分压强的总和,这定律表明几种气体在一定时的压强关系,可一表示为:

 

PP1P2+Pn

 

P表示混合气体的总压强。

 

P1……………Pn表示各气体的分压强。

 

四、阿佛加德罗定律:等体积的任何种类气体,在同温度和同压强下均有相同的分子数。例如每立方厘米的气体在1大气压和20℃的情况下分子数为:2.69×1010个。

 

气体的基本定律适用于气体,对于蒸汽不一定适用。

 

气体分子的平均自由程也是气体分子运动的一个参数,气体的压强也可以理解为气体分子对容器壁碰撞的结果。事实上气体分子运动不仅碰撞容器壁,而且还发生气体分子间的互相碰撞。我们把气体分子二次碰撞间经历的平均距离叫做气体分子间的平均自由程。

 

平均自由程与气体的浓度、压强有关,浓度大,压强大时分子间很容易碰撞,因而平均自由程就小;浓度小,压强小时分子间比较不容易碰撞,因而平均自由程就大,常温下空气分子的几个参数量见表十一。

 

在常温和常压下,由于空气分子的平均自由程很小,从液体蒸发出来的分子或从固体升华出来的分子,很容易与气体分子碰撞而返回到原来液体或固体的表面,因此蒸发和升华的速度很慢。随着真空度的升高,气体分子变得越来越稀,分子的平均自由程逐渐增大,于是分子间的碰撞将较少发生,这时液体的蒸发速度和固体的升华速度将迅速增加,大量的分子将会从蒸气源飞离出来,甚至形成蒸汽流。另外,在真空较高的情况下,由于气体的分子较少,分子间的碰撞很少发生,所以气体的对流就不可能形成,因此在真空度较高的情况下,依靠对流的热量传递方式将减少甚至消失;依靠气体分子的热传导也将减少甚至消失。这时,真空系统内依靠固体的热传导和辐射仍然存在。

 

表十一 常温下空气分子的几个参量

 

气体压强

 

平均自由程

 

气体密度

 

每秒碰撞每平方厘米

 

(托)

 

(厘米)

 

(个/厘米3

 

(个/厘米2·秒)

 

760

 

10-5

 

1.013×103

 

3×1023

 

10

 

7×10-4

 

2.5×1019

 

3.5×1021

 

10-3

 

7

 

3.3×1017

 

3.5×1017

 

10-6

 

7×103

 

3.3×1013

 

3.5×1014

 

10-9

 

7×106

 

3.3×107

 

3.5×1011

 

10-14

 

7×1011

 

3.3×102

 

3.5×106

 

10-17

 

7×1014

 

0.33

 

3.5×103

 

实验指出,当真空达到几十微米汞柱数值时,气体分子的热传导和对流可以忽略不计,这时热量的传递依靠固体的传导和辐射进行,而真空度上升到几百微米汞柱数值时,通过气体分子的热传导和对流立即变得显著起来。

 

当气体在导管内流过时,它总是受到一定的阻碍,在压强较高时它主要消耗于气流各层间的内摩擦;在压强较低时它消耗于气体分子与四壁的碰撞过程。当管道粗、短、直时则流动的阻碍就较小。

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