物理知识之真空

　　为了阐述真空技术中经常遇到的一些物理知识，特别是那些在真空行业中会经常遇到的一些基本物理定律和相关的理论问题，如理想气体定律、气体与蒸气的性质，气体内部各种动力过程的规律以及气体与固体间相互作用的规律等一系列问题，对真空物理中的一些问题进行一些介绍是十分必要的。

2.1 理想气体定律及其状态方程

本节所介绍的定律及相关公式是针对平衡状态下，符合理想气体的有关假设条件的前提下而得出的。由于在真空技术中研究的气体大多数处于常温和低压状态下，因此在工程计算中应用这些定律基本上是符合实际的'。现就有关问题分述如下：

2.1.1 气体定律

气体的压力p(Pa)、体积V（m3）、温度T（K）和质量m（kg）等状态参量间的关系，服从下述气体实验定律：

波义耳—马略特定律：

一定质量的气体，当温度维持不变时，气体的压力和体积的乘积为常数。即：pV=常数 2-1

盖·吕萨克定律：

一定质量的气体，当压力维持不变时，气体的体积与其绝对温度成正比，即：V?常数T2-2

查理定律：

一定质量的气体，当体积维持不变时，气体的压力与其绝对温度P?常数T2-3成正比，即：

上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态，已知3个参数而求第4个参数。例如：初始压力和体积为P1、V1的气体，经等温膨胀后体积变为V2，则由波义耳—马略特定律，即可求出膨胀后的气体压力为P2=P1V1/V2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。

道尔顿定律：

相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和，即：P=P1+P2+……Pn 2-4 这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力，是指这种气体单独存在时所能产生的压力。道尔顿定律表明了各组分气体压力的相互独立和可线性叠加的性质。

阿佛加德罗定律：

等体积的任何种类气体，在同温度同压力下均有相同的分子数，或者说，在同温度同压力下，相同分子数目的不同种类气体占据相同的体积，人们把1mol任何气体的分子数目NA叫做阿佛加德罗数，NA=6.022×1023mol-1。在标准状态下（P0=1.01325×105Pa，T0=0℃），1mol任何气体的体积V0称为摩尔体积。

V0=2.24×10-2m3/mol。

根据上述气体定律，可得到反映四个气体状态参量P、V、T、m之间定量关系的理想气体状态方程：

pV?mRTM2-5 式中的M为气体的摩尔质量（kg/mol），R为普适气体常数，R=8.31J/(mol.K)。在已知p、V、T、m四参量中的任意三个量时，可由此式求出另外一个量的值。