大学物理真空试验报告.doc

实验项目名称：真空试验一、实验目的1学会用机械泵获得低真空以及观测不同真空度时辉光放电现象。2用U型计和热偶计测量真空以及用定容法测量机械泵的有效抽速。二、实验原理 1. U型压力计水银U型压力计构造简单，无需校准，可以在气压不太低时使用。一般压力计一段封闭，另一端接入真空系统，封闭端为真空，这样压力计可直接指示总压力，两边水银柱的高度差即为总压力。对于精密工作则需进行温度修正。对于压力较低（低于Pa）的测量，油压力计比水银压力计更精确，因为油的密度低得多。绝对压力由下式给出 式中h是油压力计的读数。2. 高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）高频电火花真空测定仪（又叫检漏仪）是一种粗略测量玻璃真空系统的仪器，原理图如图所示。接通电源后，调节放电火花间隙G，当产生击穿放电时，将高频放电探头在被抽容器处不停的移动。随着压强的变化，系统内放电辉光的颜色不断变化，从放电颜色可粗略地估计真空系统的气压。3.辉光放电随着真空度的提高，容器内的剩余气体分子逐渐减少, 由于机械泵对各种气体的抽气速率不同，残余气体中各种气体成分的比例随着气压的降低而变化。当对玻璃容器加一高压时，容器中的游离电子（宇宙射线产生）被加速与气体分子碰撞，当电子的能量足够大时，使气体分子电离，电离产生的次级电子再被电场加速与气体分子碰撞，再使气体分子电离，正负离子复合过程会有光子释放，即产生辉光放电，辉光放电是气体电离的基本形式之一，它反映了容器内气体的电离和复合过程。由于各种气体的电离电位不同，在复合过程中释出的光子频率不同，即辉光放电的颜色也不同，根据颜色变化可大致判断真空度的量级。4. 定容法测机械泵的有效抽速设被抽容器的容积为v, 气体压强为p, 容器内的气体总量为pv。令机械泵的有效抽速s, 则单位时间抽出的气体量等于气体总量的减少，即,式中V是恒量，故有由s的表达式可看出，随着气压p的降低，有效抽速s也越来越小，达到极限压强时，即p不再变化时，有效抽速s为0。由实验可知，气压p在105103Pa之间，s是常量。5. 热偶真空计(热传导真空计)热偶真空计是一种热传导真空计。热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与压强之间的依赖关系。如图所示，在玻璃管中封入加热丝C、D及两根不同金属丝A与B制成的一对热电偶。当C和D通以恒定的电流时，热丝的温度一定，当气体压强降低时，O点温度升高，则热电偶A、B两段的热电动势E增大，由外接毫伏计读出电压升高，压强与热电动势并非线性关系。三、实验仪器热偶真空计、旋片式机械泵、热偶规管、高频电火花真空测定仪、FZh-2B型复合真空计。四、实验内容及步骤1启动真空系统，用U型压力计和热偶真空计测量系统真空度。2用高频电火花真空测定仪观测系统内辉光的变化，在每一个数量级至少记一次现象，与放电颜色和压力关系表内现象比较有何异同。3 测量p-t关系曲线，由式（2）计算出机械泵的有效抽速。4抽至极限真空度。5 注意事项（1） 对玻璃系统操作一定要轻缓，事先把步骤拟好，正确无误方可进行实验。（2） 开泵之前一定要关闭放气阀，关泵之前一定要先关闭阀门，然后停泵并立即打开放气阀。（3） 高频火花仪的探头要离开玻璃管壁1cm左右的位置，不可与关闭接触，也不可以停在一处，以免打裂玻璃。五、实验数据记录与处理1. P-T关系曲线2. 辉光放电现象 六、思考题1.高频电火花真空测定仪可检测的真空度范围是（ a ）（a）10310-1Pa（b）任何真空度（c）10210-2Pa2.热偶真空计的测量下限为10-1Pa，原因是 （ c ）（a）热电偶的性能（b）热丝电流饱和（c）热丝引线的热传导和热辐射占主导地位。3.关机械泵后一定要将大气放入 （ b ）（a）真空系统（b）机械泵内腔（c）U型计4.使用高频电火花真空测定仪或放电管会引