凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)⑷
上海東富龍科技有限公司 張耀平
第四節(jié) 壓強(qiáng)與
真空
物體放在地面,由于地球的引力作用,對(duì)地面有一個(gè)力的作用。我們把壓在某一物體表面上的力稱為壓力,而單位面積上所受到的力稱為壓強(qiáng)。壓力的單位是克或公斤(千克、kg)、壓強(qiáng)的單位是克/厘米
2(g/cm
2)或公斤/厘米
2(kg/cm
2)。
液體和氣體同樣對(duì)處于其中的一切物體產(chǎn)生壓強(qiáng)。地球的表面包圍著一層厚厚的空氣,叫做大氣層,這個(gè)大氣層所產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫做大氣壓。
固體的壓強(qiáng)只產(chǎn)生于重力方向,液體的壓強(qiáng)產(chǎn)生于與液體相接觸的任何一面,而氣體的壓強(qiáng)產(chǎn)生于所有的方向上。所以氣體的壓力也可以解釋為氣體分子不停地運(yùn)動(dòng)而撞擊容器內(nèi)壁的結(jié)果。
大氣壓力的大小可以通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)得。拿一根大約1米(m)長,一端封閉的細(xì)玻璃管,里面灌滿水銀,把它倒立在水銀槽中,便可見到水銀柱的下降現(xiàn)象,降到一定的高度便維持不動(dòng),在玻璃管上方形成一個(gè)沒有空氣的空間(真空),測(cè)量水銀柱的高度約為760mm如圖三所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明760mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)正巧與大氣壓強(qiáng)相平衡,也就是760mm高的水銀柱壓力等于大氣壓力(atm)。
760mm高的水銀柱壓強(qiáng)有多大可以計(jì)算出來:水銀柱的比重為13.6g/cm
2。
壓強(qiáng) = 比重×高度,13.6g/cm
2 ×76 cm = 1033.6 g/cm
2,也就是大氣壓強(qiáng)為1033.6 g/cm
2即1.0336 ㎏/cm
2。
為了計(jì)算方便取1.0㎏/cm
2作為大氣壓強(qiáng),單位叫做1個(gè)大氣壓(atm)。如果用毫米汞柱mmHg做壓強(qiáng)單位,那么顯然:1大氣壓力(atm)= 760mm。
大氣壓與高度有關(guān)。離海平面越高,大氣壓越低。
在離海平面2000米的高度內(nèi),平均每升高12米(m),水銀柱約下降1毫米(mm)。
在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,每立方厘米(m
3)體積中氣體的分子數(shù)為2.7×10
19個(gè)。
真空是指低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)。與大氣狀態(tài)相比較,單位體積中氣體的分子數(shù)目較少了。因此真空并不是空無一物,完全沒有任何物質(zhì)的空間稱為“絕對(duì)真空”,絕對(duì)直真空是假想的,它是永遠(yuǎn)也達(dá)不到的。
真空高低的程度叫做真空度,真空度用氣體壓強(qiáng)的大小來表示。壓強(qiáng)越低,表示真空度越高;反之,壓強(qiáng)越高,表示真空度越低。若壓強(qiáng)高到760mm即一個(gè)大氣壓就是沒有真空了。若壓強(qiáng)繼續(xù)升高,就產(chǎn)生了正壓。因此,低于大氣壓又可稱為負(fù)壓。
壓強(qiáng)有三種表示方法:絕對(duì)壓力、表壓力和真空度。絕對(duì)壓力表示作用于單位面積上的壓力的絕對(duì)值,它以絕對(duì)零點(diǎn)為起點(diǎn)。表壓力表示比大氣壓高多少值,它以大氣壓為起點(diǎn),即在大氣壓時(shí),表壓力為零。真空度表示比大氣壓低多少值,當(dāng)用絕對(duì)壓力表示法時(shí),以絕對(duì)零壓為起點(diǎn);當(dāng)用表壓力表示時(shí),它以大氣壓為起點(diǎn),如圖四表示。
絕對(duì)壓力和表壓力一般用㎏/cm
2 來表示,英制用磅/寸
2來表示。1㎏/cm
2 = 14.7磅/寸
2。
真空度常用毫米水銀柱(mmHg)來表示,1毫米水銀柱(mmHg)叫1托(Torr),因1大氣壓為760毫米水銀柱。因此,1托= 1/760大氣壓。1毫米水銀柱有時(shí)還大。因1毫米(mm)=1000微米(μ),于是用微米水銀柱(μHg)來表示真空度,1mmHg=1000μHg。當(dāng)壓強(qiáng)高于1mmHg時(shí)真空度常用百分?jǐn)?shù)來表示。
真空度百分?jǐn)?shù)、壓力表真空與絕對(duì)壓強(qiáng)的對(duì)照表見表九,順便介紹一下數(shù)學(xué)上的表示方法:
表九 真空度百分?jǐn)?shù)、壓力表真空與絕對(duì)壓力對(duì)照表
真空度%
絕對(duì)壓強(qiáng)
mmHg
壓力表真空度mmHg
真空度%
絕對(duì)壓強(qiáng)
mmHg
壓力表真空度mmHg
0
760
0
85
114
646
10
684
76
90
76
684
20
608
152
95
38
722
30
532
228
96
30
730
40
456
304
97
25
735
50
380
380
98
15
745
60
364
456
99
8
752
70
228
532
99.5
4
756
80
152
608
100
0
760
100=10×10=10
2,因此100=1×10
2 1000=10×10×10=10
3,因此1000=1×10
3 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 0.001=1/1000=10
-3,因此0.1=1×10
-3 例如某臺(tái)
真空泵的極限真空為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(微米水銀柱)。
國際上已把真空單位“托”取消,壓強(qiáng)的單位應(yīng)該是單位面積所受的力,如公斤/厘米
2 (Kg/cm
2 )、牛頓/厘米
2 (N/cm
2 )等。因此用托作為真空單位是不合法規(guī)的。現(xiàn)在把“牛頓/厘米
2”這樣的壓強(qiáng)單位來計(jì)量真空度,給“牛頓/厘米
2”一個(gè)專用名字,叫做帕斯卡(Pascal,法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家),簡稱“帕”,符號(hào)Pa,壓強(qiáng)的換算見表十。
表十 壓強(qiáng)單位的換算
單位
巴bar
毫巴mbar
帕斯卡Pa
大氣壓atm
托torr
1 bar
1
10
3 10
5 0.987
0.75×10
3 1 mbar
1×10
-3 1
10
2 0.987×10
-3 0.75
1 Pa
10
-5 10
-2 1
0.987×10
-5 0.75×10
-2 1 atm
1.013
1.013×10
3 1.013×10
5 1
0.76×10
3 1 torr
1.333×10
-3 1.333
1.333×10
2 1.316×10
-3 1