真空區(qū)域的劃分及其物理特性

真空區(qū)域的劃分

根據(jù)真空物理特點、真空泵、真空測量及真空應用等因素劃分真空區(qū)域。真空區(qū)域的大致劃分如表：

不同真空區(qū)域的主要物理特性

一、低真空

　　1、n稠密，和正常情況下無太大差別，氣體分子仍以雜亂無章的熱運動為主，氣體分子間的相互碰撞還十分頻繁，很難實現(xiàn)帶電粒子的定向運動，氣體流動屬粘滯流態(tài)。

　　2、應用：得到壓力差—1公斤/平方厘米(并不要求空間性質(zhì)有所改變)

　　3、力學作用-真空吸引和輸送(無網(wǎng)捕撈、吸魚機、搬運)、真空成型、真空侵漬、拔火罐(起源于東晉公元300年左右)

二、中真空

　　1、氣體分子密度和常壓相比有很大下降，氧化程度降低——真空冶煉(黑色金屬的真空熔煉、脫氣、澆鑄和熱處理)—金屬材料內(nèi)氣泡、疏松減少，機械強度和性能大大增強

　　2、氣體中的帶電粒子在電場作用下將產(chǎn)生定向運動——氣體放電——真空電弧爐

　　3、氣體的對流消失——真空隔熱和絕緣、(保溫)保溫瓶

　　4、液體的沸點降低　冷凍-升華：真空冷凍脫水、冬天涼衣服、真空冷凍干燥蔬菜、食品

　　5、高速空氣動力學實驗設備(火箭、導彈、飛機、F1賽車)——低壓風洞

三、高真空

　　真空冶金、真空鍍膜、真空器件的生產(chǎn)

　　1、分子密度更加降低，分子之間的碰撞次數(shù)很少，平均自由程很大，基本不存在氣體分子之間的能量交換，分子流動完全呈現(xiàn)分子流態(tài)。帶電粒子的飛行方向不受干擾(顯像管)，減少了氣體的電離。

　　2、化學反應接近于零，活潑金屬一定要在此狀態(tài)下冶煉

　　3、良好的電、熱絕緣性能

　　4、材料的沸點、熔點降低

四、超高真空

　　1、氣體分子是以固體表面的吸附為主;

　　2、單分子層形成時間等于或大于在實驗室測量所用時間——制備“清潔”表面;

　　3、太空模擬室、可控熱核聚變的研究、表面物理表面化學的研究。

補充：

　　1、低真空區(qū)域：分子密度比較大。與常壓下氣體狀態(tài)相比，只是分子數(shù)目由多變小的量變化，其物理性質(zhì)與大氣壓下的氣體相比沒有本質(zhì)上的區(qū)別。因大氣狀態(tài)一樣，這時情報分析輸運量與壓力無關。但是，盡管如此，分子數(shù)目減少這種量變過程對生產(chǎn)卻起了極其重要作用。例如，真空運輸、真空過濾、真空吸盤等三種真空裝置都是利用真空與大氣之間存在的壓差做功原理來實現(xiàn)的。

　　2、高真空區(qū)域：當氣體處于高真空區(qū)域時，空間的氣體分子數(shù)大為減少。高真空的氣體流動狀態(tài)是分子流，這就引起了真空物理性質(zhì)的質(zhì)的變化。(一)首先表現(xiàn)在氣體的內(nèi)摩擦出現(xiàn)了滑動現(xiàn)象，氣體的熱傳導也現(xiàn)出溫度的劇增現(xiàn)象。與此同時，與大氣和低真空狀態(tài)相反，壓力已經(jīng)與氣體輸運現(xiàn)象有關了。(二)在高真空區(qū)域如果氣體各部分溫度不同，還會出現(xiàn)熱流逸，熱輻射等在大氣和低真空時所沒有的新的物理性能。由于這些特點，這一區(qū)域的真空在生產(chǎn)和科學研究部門的應用更加廣泛。例如，真空鍍膜技術、真空熱處理、真空冶金、電真空器件及微電子技術等等都需要高真空條件。

　　3、超高真空區(qū)域：如果氣體分子數(shù)目進一步減少，則跨入了超高真空區(qū)域，在超高真空區(qū)域中，真空又一次從氣體分子數(shù)目的量度而產(chǎn)生了又一個新的質(zhì)變。這種變化表現(xiàn)在氣體分子在與真空接觸的物體表面間的吸附和脫附過程之中。這就是所興起的表面物理和表面化學所研究的科學。例如，粒子加速器、受控核聚變裝置;微電子、光電子技術;航天器用真空技術等都需要超高真空條件。

　　4、極高真空區(qū)域：極高真空是指大氣壓力低于10-11Pa的空間真空環(huán)境。由于極高真空處于空間真空的分子沉環(huán)境中，完全不同于地面實驗室容器的運動規(guī)律。它的分子運動不服從麥克斯韋速度分布律。在這種環(huán)境下，真空理論與技術都將發(fā)生實質(zhì)性的變化。航天工業(yè)的發(fā)展，航天器(包括火箭、人造地球衛(wèi)星、空間站、宇宙飛船、載人航天飛船)在高軌道的運行，真空度達10-11Pa，航天器周圍的環(huán)境是3-4K背景的無限空間環(huán)境，從航天器發(fā)出的氣體分子一旦離開，就會飛向無限空間不再返回，這就是分子沉環(huán)境氣體分子運動的特性。