物理知識之真空

　　為了闡述真空技術中經常遇到的一些物理知識，特別是那些在真空行業中會經常遇到的一些基本物理定律和相關的理論問題，如理想氣體定律、氣體與蒸氣的性質，氣體內部各種動力過程的規律以及氣體與固體間相互作用的規律等一系列問題，對真空物理中的一些問題進行一些介紹是十分必要的。

　　2.1 理想氣體定律及其狀態方程

　　本節所介紹的定律及相關公式是針對平衡狀態下，符合理想氣體的有關假設條件的前提下而得出的。由于在真空技術中研究的氣體大多數處于常溫和低壓狀態下，因此在工程計算中應用這些定律基本上是符合實際的。現就有關問題分述如下：

　　2.1.1 氣體定律

　　氣體的壓力p(Pa)、體積V（m3）、溫度T（K）和質量m（kg）等狀態參量間的關系，服從下述氣體實驗定律：

　　2.1.1.1 波義耳—馬略特定律：

　　一定質量的氣體，當溫度維持不變時，氣體的`壓力和體積的乘積為常數。即：pV=常數 2-1

　　2.1.1.2 蓋·呂薩克定律：

　　一定質量的氣體，當壓力維持不變時，氣體的體積與其絕對溫度成正比，即：V?常數T2-2

　　2.1.1.3 查理定律：

　　一定質量的氣體，當體積維持不變時，氣體的壓力與其絕對溫度P?常數T2-3成正比，即：

　　上述三個公式習慣上稱為氣體三定律。具體應用方式常為針對由一個恒值過程連結的兩個氣體狀態，已知3個參數而求第4個參數。例如：初始壓力和體積為P1、V1的氣體，經等溫膨脹后體積變為V2，則由波義耳—馬略特定律，即可求出膨脹后的氣體壓力為P2=P1V1/V2。這正是各種容積式真空泵最基本的抽氣原理。

　　2.1.1.4 道爾頓定律：

　　相互不起化學作用的混合氣體的總壓力等于各種氣體分壓力之和，即：P=P1+P2+……Pn 2-4 這里所說的混合氣體中某一組分氣體的分壓力，是指這種氣體單獨存在時所能產生的壓力。道爾頓定律表明了各組分氣體壓力的相互獨立和可線性疊加的性質。

　　2.1.1.5 阿佛加德羅定律：

　　等體積的任何種類氣體，在同溫度同壓力下均有相同的分子數，或者說，在同溫度同壓力下，相同分子數目的不同種類氣體占據相同的體積，人們把1mol任何氣體的分子數目NA叫做阿佛加德羅數，NA=6.022×1023mol-1。在標準狀態下（P0=1.01325×105Pa，T0=0℃），1mol任何氣體的體積V0稱為摩爾體積。

　　V0=2.24×10-2m3/mol。

　　根據上述氣體定律，可得到反映四個氣體狀態參量P、V、T、m之間定量關系的理想氣體狀態方程：

　　pV?mRTM2-5 式中的M為氣體的摩爾質量（kg/mol），R為普適氣體常數，R=8.31J/(mol.K)。在已知p、V、T、m四參量中的任意三個量時，可由此式求出另外一個量的值。