物理仿真實(shí)驗(yàn)2—真空實(shí)驗(yàn)

1、1投影8 7 6 5 4 3 21講臺16 15 14 13 12 11 10924 23 22 22 20 19 181732 31 30 29 28 27 2625學(xué)生座次表（按學(xué)號）學(xué)生座次表（按學(xué)號）門窗2物理仿真實(shí)驗(yàn)物理仿真實(shí)驗(yàn) 程仁志程仁志 河南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院河南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院2011年秋年秋3物理仿真實(shí)驗(yàn)物理仿真實(shí)驗(yàn)22真空實(shí)驗(yàn)真空實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)簡介一、實(shí)驗(yàn)簡介在真空實(shí)用技術(shù)中，真空的獲得獲得和測量測量是兩個(gè)最重要的方面。目前常用的真空獲得設(shè)備主要有旋片式機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵、渦輪分子泵、低溫泵等；真空測量儀器主要有U型真空計(jì)、熱傳導(dǎo)真空計(jì)、電離真空計(jì)等。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理1

2、、真空的基本概念(1)真空：低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。自然真空：氣壓隨海拔高度增加而減小，存在于宇宙空間。人為真空：用真空泵抽掉容器中的氣體。 4(2)真空量度單位1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg=760Torr1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.013105 Pa1Torr=133.3Pa(3)真空區(qū)域的劃分目前尚無統(tǒng)一規(guī)定，常見的劃分為：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極高真空p2，實(shí)現(xiàn)了抽氣。6*(2)高頻電火花真空測定儀（自學(xué)）3、真空測量(1)U型壓力計(jì)水銀U型壓力計(jì)構(gòu)造簡單，無需校準(zhǔn)，可以在氣壓不太低時(shí)使用。一般壓力計(jì)一

3、一端封閉端封閉，另一端接入真空系統(tǒng)另一端接入真空系統(tǒng)，封閉端為真空，這樣壓力計(jì)可直接指示總壓力，兩邊水銀柱的高度差即為總壓力。對于精密工作則需進(jìn)行溫度修正。對于壓力較低（低于10-3 Pa）的測量，油壓力計(jì)比水銀壓力計(jì)更精確，因?yàn)橛偷拿芏鹊偷枚?。絕對壓力由p=gh給出期中h是油壓力計(jì)的讀數(shù)。7*(3) 定容法測機(jī)械泵的有效抽速設(shè)被抽容器的容積為V, 氣體壓強(qiáng)為p, 容器內(nèi)的氣體總量為pV。令機(jī)械泵的有效抽速s, 則dt時(shí)間抽出的氣體量等于氣體總量的減少，即 pVtpsdd式中V是恒量，故有 由s的表達(dá)式可看出，隨著氣壓p的降低，有效抽速s也越來越小，達(dá)到極限壓強(qiáng)時(shí)，即p不再變化時(shí)，有效抽速s為

4、0。tpVsdlnd(4)熱偶真空計(jì)(熱傳導(dǎo)真空計(jì))熱偶真空計(jì)是一種熱傳導(dǎo)真空計(jì)。熱偶真空計(jì)的原理是利用在低氣壓下氣體的熱導(dǎo)率與壓強(qiáng)之間的依賴關(guān)系熱導(dǎo)率與壓強(qiáng)之間的依賴關(guān)系。8如圖所示，在玻璃管中封入加熱絲C、D及兩根不同金屬絲A與B制成的一對熱電偶。當(dāng)C和D通以恒定的電流時(shí)，熱絲的溫度一定，當(dāng)氣體壓強(qiáng)降低時(shí)，O點(diǎn)溫度升高，則熱電偶A、B兩段的熱電動勢E增大，由外接毫伏計(jì)讀出電壓升高，壓強(qiáng)與熱電動勢并非線性關(guān)非線性關(guān)系系，下圖給出了熱偶計(jì)刻度曲線。 熱偶真空計(jì)的測量范圍大約在100 0.1Pa之間 。9低真空的應(yīng)用應(yīng)用主要涉及真空疏松、真空過濾、真空成型、真空裝卸、真空干燥及震動濃縮等，在紡織

5、、糧食加工、礦山、鑄造、醫(yī)藥等部門有著廣泛的應(yīng)用。三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?、?shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會用機(jī)械泵獲得低真空以及觀測不同真空度時(shí)輝光放電現(xiàn)象用U型計(jì)和熱偶計(jì)測量真空隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線10四、實(shí)驗(yàn)儀器（四、實(shí)驗(yàn)儀器（玻璃真空系統(tǒng)）：玻璃真空系統(tǒng)）：熱偶真空計(jì)、熱偶規(guī)管、玻璃管道、橡皮管道、真空容器、放電管、高頻電火花真空測定儀、U型計(jì)、旋片式機(jī)械泵、計(jì)時(shí)系統(tǒng)組成 。11五、實(shí)驗(yàn)步驟及要求（可參考五、實(shí)驗(yàn)步驟及要求（可參考示教版示教版）（1）實(shí)驗(yàn)步驟：調(diào)節(jié)熱偶真空計(jì)至測量狀態(tài)打開U型壓力計(jì)通氣，待水銀柱穩(wěn)定后關(guān)閉總通氣孔打開氣泵電源開關(guān)抽氣，同時(shí)開啟計(jì)時(shí)系統(tǒng)每隔10s記錄一次，當(dāng)U型壓力計(jì)示數(shù)穩(wěn)定后 ，熱偶

6、真空計(jì)指針開始變化，此時(shí)注意觀察高頻電火花真空測定儀放電輝光的變化情況計(jì)時(shí)自動停止后，先關(guān)閉U型壓力計(jì)氣孔，后關(guān)斷氣泵電源開關(guān)，最后打開總通氣孔通氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后記得快速抓圖（2）實(shí)驗(yàn)要求： 注意操作邏輯順序，若發(fā)生錯(cuò)誤，則需新開始實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)務(wù)求準(zhǔn)確，否則影響測量等級比較隨真空度降低時(shí)放電顏色的變化，至少2幅（抓圖1）；測量p-t關(guān)系曲線兩幅（抓圖2）報(bào)告實(shí)驗(yàn)等級（抓圖3）12六、實(shí)驗(yàn)思考題六、實(shí)驗(yàn)思考題1. 高頻電火花真空測定儀可檢測的真空度范圍是（a）10310-1Pa （b）任何真空度 （c）10210-2Pa 2.熱偶真空計(jì)的測量下限為10-1Pa，原因是（a）熱電偶的性能 （b）熱絲電流飽和（c）熱絲引線的熱傳導(dǎo)和熱輻射占主導(dǎo)地位。3.關(guān)機(jī)械泵后一定要將大氣放入（a）真空系統(tǒng) （b）機(jī)械泵內(nèi)腔 （c）U型計(jì)4. 使用高頻電火花真空測定儀或放電管會引起（a）系統(tǒng)真空度提高 （b）系統(tǒng)真空度減?。╟）系統(tǒng)損壞5. 研究放電對真空度和熱偶計(jì)的影響。13七、實(shí)驗(yàn)要求七、實(shí)驗(yàn)要求 1、獨(dú)立完成仿真實(shí)驗(yàn)各步操作，根據(jù)要求截圖。2、登陸課程郵箱：,密碼：hautpe123456，參考附件中實(shí)驗(yàn)講義、實(shí)驗(yàn)說明（幫助文件）、作圖法、截圖法等