第一讲 真空史话
责任编辑：chineselng 浏览：2090次 时间： 2008-04-06 12:58:22
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摘要:“真空”这个物理学名词泛指气压低于人类环境气压的气体状态。自然界中，存在着天然真空环境和人造真空环境两种截然不同的真空状态。天然真空环境在辽阔的宇宙空间中比比皆是，人造真空环境是利用各种各样的抽气手段在不同的容器、器件中人为形成的。人类对真空的认..
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“真空”这个物理学名词泛指气压低于人类环境气压的气体状态。自然界中，存在着天然真空环境和人造真空环境两种截然不同的真空状态。天然真空环境在辽阔的宇宙空间中比比皆是，人造真空环境是利用各种各样的抽气手段在不同的容器、器件中人为形成的。 人类对真空的认识经历了相当漫长的历程。在相当长的岁月竟然不知道大气的存在。300多年前，人们在抽水时就已发现，用水泵无法把水从10 m以下的深处抽出来。似乎感受到有一个神秘的压力存在。1643年，意大利科学家托里折利的一个著名实验揭开了神秘的压力之谜。他将一端封闭的、长度为1 m的玻璃管中注满水银，然后把这个玻璃管倒插入水银槽中。这时，一个在当时说来令人惊奇的现象出现了！管中的水银液柱下降，降至760 mm处就停止了。实验表明客观存在的看不见，摸不着的大气压力是水银柱下降的根本原因。这实验至今还收录在国内外中学物理教科书中。为了纪念这位意大利科学家，在很长的一段时间内，人们把托作为真空测量的基本单位。海平面处，1个标标大气压为760毫米汞柱高，也就是760托。 1648年，法国科学家帕斯卡发现气压随海拔高度的长高而下降的规律，随后出现了第一个气压计。为了纪念这位法国科学家，在国际计量单位制中，以Pa作为真空计量的基本单位。 1 Pa=1 N/m2, 1 Torr=133 Pa.. 1654年，酷爱科学的德国马德堡市市长葛利克在帝国议会大厦作了一次精彩的马德堡半球实验。16匹骏马竟然拉不开直径约为40 cm的抽成真空的两个铜半球。他用自已发明的空气泵抽气。在今天看来，中空铜半球内形成的真空度是很低的。这个实验更加直接证明大气压力的存在。 空气泵（后来改称真空泵）、望远镜、显微镜、单摆钟曾被誉为17世纪的四大发明。此后，虽然真空的获得测量和应用的水平不断创新高，但毕竟只是一种技术手段，只能甘居二线，为人类探索科学之谜和社会的进步作出间接的贡献。 作为一种应用技术，从19世纪后期开始，水平并不高的真空获得技术为许多重大实验的成功作出了巨大的贡献。它使电子、X射线的发现、稀有气体的分离、电灯的发明等重要的成果一一涌现。20世纪初，德国科学家盖德发明了油封机械泵和扩散泵，美国科学家朗谬尔对扩散泵进行了改进。这些都对真空技术的发展作出了重要的贡献。 从19世纪未到20世纪初，重大的科学发现激动人心。例如，气体放电的美妙图像不仅仅使研究者产生了极大的热情，而且激励了不少科学家去继续提高真空度。通过实验，科学家观察了可以在阴极附近看见的“暗区”；证明阴极射线具有足以加热热辐射计并使其工作的能力；观测了阴极射线照射玻璃后发出的荧光；证明磁场可以偏转阴极射线；证明阴极射线是带员电的粒子；热丝在真空中（或气体中）会产生带负电粒子的发射。1898年，汤姆逊通过综合分析发现阴极射线就是带负电的质量为氢原子量的1/1837的粒子，并命为电子。带有阴极射线管的彩电视现进入寻常百姓家。前人裁树，后人乘凉的情景在阴极射线的研究与开发中得到了充分的体现。 第二次世界大战以后，真空获得和测量的水平出现了质的飞跃。到20世纪60年代末期，随着液氮冷阱、低温泵、溅射离子泵、涡轮分子泵、升华钛泵的问世或质量的提高，随着相应的测量水平的长足进步，使真空应用之花遍地开花结果。这时，表征残余气体分子多少的真空度比世纪初提高8-10个数量级。从航天、核技术、新材料、表面科学、薄膜技术、显示器件、半导体等高技术领域到真空冶炼、真空燕馏、真空包装、真空保鲜、冷冻干燥等工业和民用行业已处处离不开真空技术。半个世纪以来，我国的真空技术从无到有，发展迅速。应用领域已基本上与国外同步。不少真空泵的年产量已数以万计就从一个侧面说明了这个问题。真空技术在现代科学中的作用已愈加明显和重要。 |
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