真空度与温度关系的研究

周波

摘 要：真空技术是建立低于大气压力的物理环境，以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。本实验以空气、铁、水各自为研究对象探究真空条件下温度与真空度的关系。通过实验采集真空条件下空气的压强、个研究对象的温度。通过Origin软件分析数据，得出真空度越高温度越低但也有反常的情况的真空度温度关系。

关键词：真空度;温度;关系;水

1引言

不同真空状态下有不同的气体分子密度，绝对真空是不存在的。本文根据空气、铁、水在不同真空度下温度变化的实验，确定真空度与温度的关系。

2实验装置与实验过程

2.1实验装置

本实验装置采用真空蒸发镀膜装置的一部分进行实验。实验装置如图1所示：

要进行此实验，还需一电子温度计、大小不同的两烧杯（200ml、80ml），小烧杯装合适量的水，小烧杯置于大烧杯中。烧杯和温度计都置于钟罩内。

研究真空度与空气温度的关系时，将电子温度计探头悬挂在钟罩内空中;研究真空度与铁电极温度关系式，将电子温度计探头与电极绑在一起;研究真空度与水温度的关系时，将温度计探头置于小烧杯内液面一下。

2.2实验过程

（1）将电子温度计计置于钟罩内，并根据研究对象将探头置于相应位置，盖上钟罩。

（2）抽真空：关上K14，开机械泵电源，开复合真空计电源，缓慢开K12。

（3）记录数据：在缓慢开K12的同时，记录真空计的压强示数及其对应的温度计的示数。直至温度、压强都不再变化。

（4）充气：开K14往钟罩内充气，并记录此时研究对象为水的温度和压强。然后关K12，关掉机械泵电源。

（5）整理实验数据，作温度--压强图像，分析实验结果。

3实验数据及其分析处理

3.1空气温度与真空度关系数据及其分析处理

根据数据作出的温度--真空度曲线如图2所示：

图4反映出空气温度随真空度逐渐高的变化情况。钟罩内压强逐渐减小，空气内温度先是逐渐下降到某一值，然后又呈上升趋势。但由于机械泵只能获得10-1～10-2Pa的真空度，所以空气温度变化的幅度并不大。

3.2电极温度与真空度关系数据及其分析处理

根据数据作出温度--真空度曲线如图3所示：

图像中反映的是在真空度为4.2Pa～3.2Pa范围内电极温度的变化，看看出在这个真空度范围内电极温度逐渐升高。一开始电极温度与空气温度基本一样，所以起初温度计相当于测量空气的温度。但随着真空度越来越高，电极温度变化快而空气温度变化慢，此时温度计测量的是电极的温度。电极温度升高是因为电极周围空气压强减小，导致电极内部分子运动加剧，而电极温度升高正是分子运动加剧的体现。

3.3水温度与真空度关系数据及其分析处理

根据数据作出温度--真空度曲线如图4所示：

图6反映出了水温随真空度升高而变化的情况。随着真空度升水温不断下降。钟罩内压强逐渐减小，水的沸点逐渐降低，所以在抽真空时实验装置开关K12要缓慢打开以免大量水沸腾溅。4小结

通过实验分析研究，我们知道不同物质温度随真空度的升高而不同的变化。即真空中物质温度的变化不止受气体真空度的影响，在很大程度上还受物质本身特性、结构的影响。

参考文献：

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[2]康强，张小洁，季中托，王逸飞，徐为进，刘文军.环境大气压的分布变化规律与差压式真空度测量的系统误差.真空VACUUM.2004

[3]张功新，莫海鸿，董志良，赵建国.真空预压中真空度与孔隙水压力的关系分析.岩土力学.2005.12