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真空到底是什么意思


在给定的空间内低于一个大气压的气体状态称之为真空状态。这种特定的真空状态与大气状态相比较,主要有两个基本特点:首先,处于真空状态的真空容器要受到大气压强的作用;其次,真空状态下气体的分子密度小于大气状态下的气体分子密度,因此,分子之间以及分子与固体表面(如器壁)之间碰撞的几率相对减小。
1641年意大利数学家托里拆利在一根长管子内加满水银,然后很缓慢的将管口倒转在一个盛满水银的盆内,管子内水银柱的末端是 76 厘米高。这时玻璃管最上方无水银地带是真空状态。这一实验为“托里拆利实验”,完成实验的玻璃管为“托里拆利管”。
爱因斯坦在用场论观点研究引力现象时,已经认识到空无一物的真空观念是有问题的,他曾提出真空是引力场的某种特殊状态的想法。首先给予真空崭新物理内容的是P.A.M.狄拉克。狄拉克于1930年为了摆脱狄拉克方程负能解的困境,提出真空是充满了负能态的电子海。
按其词源原本是指虚空,即一无所有的空间。工业和真空科学上的真空指的是,当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空,而容器内的压力叫绝对压力;另一种说法是,凡压力比大气压力低的容器里的空间都称做真空。工业真空有程度上的区别:当容器内没有压力即绝对压力等于零时,叫做完全真空;其余叫做不完全真空。而狭义相对论等狄拉克之前的物理理论中的真空则特指不存在任何物质的空间状态,对应于工业里的完全真空。按现代物理量子场论的观点,真空不空,其中包含着极为丰富的物理内容。狭义相对论等理论中的真空只是普朗克常数趋于0时的近似情形。

  用吸管喝饮料时,吸管内的压强低于大气压强而处于真空状态,因此饮料在大气压作用下沿着吸管进入口中。本文介绍的真空,主要是在科学研究领域中所需的真空,具体来讲是残留气体对使用目的的影响可以忽略的真空状态。

  真空有不同的程度(简称真空度),通常情况下按以下标准来划分。

  (1)低真空领域(105~103Pa)

  气体的物理性质和大气压下的空气状态基本没有区别,该真空领域的主要特征是真空容器内外产生强大的压力差。利用这一特征的吸引和吸附技术,在产业领域被广泛利用。

  (2)中真空领域(103~10-1Pa)

  气体的流体性质和大气压下的空气状态相比可以忽略。该领域物质的沸点降低,在更低温度下即可实现物质的蒸发。

  (3)高真空领域(10-1~10-5Pa)

  以稀薄气体为特征的真空特性成为主导,气体分子的平均自由程增大。

  (4)超高真空领域(10-5~10-8Pa)

  包括真空容器壁上的吸附分子在内,气体分子的存在几乎可以忽略。

  (5)极高真空领域(<10-8Pa)

  接近完全的真空状态。固体的清洁表面可以更长时间维持,对表面科学研究很重要。

  地球和月球中间的真空度是10-7Pa,地球和太阳中间的真空度是10-9Pa,银河系边缘的真空度是10-14Pa。


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