物理仿真实验2—真空实验

1、1投影8 7 6 5 4 3 21讲台16 15 14 13 12 11 10924 23 22 22 20 19 181732 31 30 29 28 27 2625学生座次表（按学号）学生座次表（按学号）门窗2物理仿真实验物理仿真实验 程仁志程仁志 河南工业大学理学院河南工业大学理学院2011年秋年秋3物理仿真实验物理仿真实验22真空实验真空实验一、实验简介一、实验简介在真空实用技术中，真空的获得获得和测量测量是两个最重要的方面。目前常用的真空获得设备主要有旋片式机械真空泵、油扩散泵、涡轮分子泵、低温泵等；真空测量仪器主要有U型真空计、热传导真空计、电离真空计等。二、实验原理二、实验原理1

2、、真空的基本概念(1)真空：低于一个大气压的气体状态。自然真空：气压随海拔高度增加而减小，存在于宇宙空间。人为真空：用真空泵抽掉容器中的气体。 4(2)真空量度单位1标准大气压=760mmHg=760Torr1标准大气压=1.013105 Pa1Torr=133.3Pa(3)真空区域的划分目前尚无统一规定，常见的划分为：粗真空105103 Pa低真空低真空10310-1 Pa高真空10-110-6 Pa超高真空10-610-10 Pa极高真空p2，实现了抽气。6*(2)高频电火花真空测定仪（自学）3、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

3、一端封闭端封闭，另一端接入真空系统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10-3 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p=gh给出期中h是油压力计的读数。7*(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dt时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即 pVtpsdd式中V是恒量，故有 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

4、0。tpVsdlnd(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热导率与压强之间的依赖关系。8如图所示，在玻璃管中封入加热丝C、D及两根不同金属丝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非线性关系系，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 0.1Pa之间 。9低真空的应用应用主要涉及真空疏松、真空过滤、真空成型、真空装卸、真空干燥及震动浓缩等，在纺织

5、、粮食加工、矿山、铸造、医药等部门有着广泛的应用。三、实验目的三、实验目的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用U型计和热偶计测量真空随时间变化的关系曲线10四、实验仪器（四、实验仪器（玻璃真空系统）：玻璃真空系统）：热偶真空计、热偶规管、玻璃管道、橡皮管道、真空容器、放电管、高频电火花真空测定仪、U型计、旋片式机械泵、计时系统组成 。11五、实验步骤及要求（可参考五、实验步骤及要求（可参考示教版示教版）（1）实验步骤：调节热偶真空计至测量状态打开U型压力计通气，待水银柱稳定后关闭总通气孔打开气泵电源开关抽气，同时开启计时系统每隔10s记录一次，当U型压力计示数稳定后 ，热偶

6、真空计指针开始变化，此时注意观察高频电火花真空测定仪放电辉光的变化情况计时自动停止后，先关闭U型压力计气孔，后关断气泵电源开关，最后打开总通气孔通气，实验结束后记得快速抓图（2）实验要求： 注意操作逻辑顺序，若发生错误，则需新开始实验计时务求准确，否则影响测量等级比较随真空度降低时放电颜色的变化，至少2幅（抓图1）；测量p-t关系曲线两幅（抓图2）报告实验等级（抓图3）12六、实验思考题六、实验思考题1. 高频电火花真空测定仪可检测的真空度范围是（a）10310-1Pa （b）任何真空度 （c）10210-2Pa 2.热偶真空计的测量下限为10-1Pa，原因是（a）热电偶的性能 （b）热丝电流饱和（c）热丝引线的热传导和热辐射占主导地位。3.关机械泵后一定要将大气放入（a）真空系统 （b）机械泵内腔 （c）U型计4. 使用高频电火花真空测定仪或放电管会引起（a）系统真空度提高 （b）系统真空度减小（c）系统损坏5. 研究放电对真空度和热偶计的影响。13七、实验要求七、实验要求 1、独立完成仿真实验各步操作，根据要求截图。2、登陆课程邮箱：,密码：hautpe123456，参考附件中实验讲义、实验说明（帮助文件）、作图法、截图法等