冻干技术基础知识⑷

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冻干技术基础知识⑷

上海东富龙科技有限公司 张耀平

第四节  压强与真空

. _. e% n, p+ H( R" @* y$ J# c物体放在地面，由于地球的引力作用，对地面有一个力的作用。我们把压在某一物体表面上的力称为压力，而单位面积上所受到的力称为压强。压力的单位是克或公斤（千克、kg）、压强的单位是克/厘米2（g/cm2）或公斤/厘米2（kg/cm2）。
液体和气体同样对处于其中的一切物体产生压强。地球的表面包围着一层厚厚的空气，叫做大气层，这个大气层所产生的压强叫做大气压。
+ d8 H. k% v: C  @7 I4 E2 O1 b( t, V固体的压强只产生于重力方向，液体的压强产生于与液体相接触的任何一面，而气体的压强产生于所有的方向上。所以气体的压力也可以解释为气体分子不停地运动而撞击容器内壁的结果。
/ C9 C" z! z, x$ U" E) u# E& K" }, ~  L大气压力的大小可以通过实验来测得。拿一根大约1米（m）长，一端封闭的细玻璃管，里面灌满水银，把它倒立在水银槽中，便可见到水银柱的下降现象，降到一定的高度便维持不动，在玻璃管上方形成一个没有空气的空间（真空），测量水银柱的高度约为760mm如图三所示。
) f7 l; b. J7 T/ h* v/ C) g! }/ L实验结果表明760mm高的水银柱所产生的压强正巧与大气压强相平衡，也就是760mm高的水银柱压力等于大气压力（atm）。
' R5 K9 R( g7 @# z  I760mm高的水银柱压强有多大可以计算出来：水银柱的比重为13.6g/cm2。
" i% v0 s2 m- x+ _压强 = 比重×高度，13.6g/cm2 ×76 cm = 1033.6 g/cm2，也就是大气压强为1033.6 g/cm2即1.0336 ㎏/cm2。为了计算方便取1.0㎏/cm2作为大气压强，单位叫做1个大气压（atm）。如果用毫米汞柱mmHg做压强单位，那么显然：1大气压力（atm）= 760mm。
# F8 |# w* X$ D+ _3 B大气压与高度有关。离海平面越高，大气压越低。在离海平面2000米的高度内，平均每升高12米（m），水银柱约下降1毫米（mm）。
% r8 v; k* r; d- N在标准大气压下，每立方厘米（m3）体积中气体的分子数为2.7×1019个。真空是指低于一个大气压的气体状态。与大气状态相比较，单位体积中气体的分子数目较少了。因此真空并不是空无一物，完全没有任何物质的空间称为“绝对真空”，绝对直真空是假想的，它是永远也达不到的。
真空高低的程度叫做真空度，真空度用气体压强的大小来表示。压强越低，表示真空度越高；反之，压强越高，表示真空度越低。若压强高到760mm即一个大气压就是没有真空了。若压强继续升高，就产生了正压。因此，低于大气压又可称为负压。
压强有三种表示方法：绝对压力、表压力和真空度。绝对压力表示作用于单位面积上的压力的绝对值，它以绝对零点为起点。表压力表示比大气压高多少值，它以大气压为起点，即在大气压时，表压力为零。真空度表示比大气压低多少值，当用绝对压力表示法时，以绝对零压为起点；当用表压力表示时，它以大气压为起点，如图四表示。
    绝对压力和表压力一般用㎏/cm2
; _8 v( V9 f& s& i! V来表示，英制用磅/寸2来表示。1㎏/cm2 = 14.7磅/寸2。真空度常用毫米水银柱（mmHg）来表示，1毫米水银柱（mmHg）叫1托（Torr），因1大气压为760毫米水银柱。因此，1托= 1/760大气压。1毫米水银柱有时还大。因1毫米（mm）=1000微米（μ），于是用微米水银柱（μHg）来表示真空度，1mmHg=1000μHg。当压强高于1mmHg时真空度常用百分数来表示。
真空度百分数、压力表真空与绝对压强的对照表见表九，顺便介绍一下数学上的表示方法：
. {6 y, R4 t3 Q. d表九 真空度百分数、压力表真空与绝对压力对照表

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100=10×10=102，因此100=1×102
1000=10×10×10=103，因此1000=1×103
    0.1=1/10=10－1，因此0.1=1×10－1
    0.01=1/100=10－2，因此0.1=1×10－2
3 X7 c5 L4 S% c: J. v  a$ P/ O& D0.001=1/1000=10－3，因此0.1=1×10－3
例如某台真空泵的极限真空为5×10－3mmHg，就是5×1/1000=0.0005，又1托=1000μHg，所以5×10－3就是0.005×1000=5μHg(微米水银柱)。
国际上已把真空单位“托”取消，压强的单位应该是单位面积所受的力，如公斤/厘米2 (Kg/cm2 )、牛顿/厘米2 (N/cm2 )等。因此用托作为真空单位是不合法规的。现在把“牛顿/厘米2”这样的压强单位来计量真空度，给“牛顿/厘米2”一个专用名字，叫做帕斯卡（Pascal，法国数学家、物理学家），简称“帕”，符号Pa，压强的换算见表十。
表十 压强单位的换算


8 C" J" @( `8 K, p! n. r% D3 O

单位

0 S* k% h, F" l. K4 m# A# N巴bar

毫巴mbar
% E8 c4 O3 n  D6 p2 e
+ D3 E3 s: S5 g1 l; ~帕斯卡Pa
1 B! |8 z7 n# Q& f/ \
大气压atm

托torr

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1

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3 r4 `( P; N% F) u0 z% r1 mbar
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1
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1

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& D; [) V! l# t! H8 E1.013

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1.013×105
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1

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' J* P# x5 V& n. g- Y8 }

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1

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