真空原理

真空介绍

真空的含义和特征

人类对真空认识的历史发展

真空的特性

真空和微重力环境利用技术

物理真空

[编辑此段]真空介绍

真空:

zhēn káng

英国真空

按其词源意义，是虚空，即空无一物的空间；按照现代物理学的观点，真空不是空的，它包含着极其丰富的物理内容。有一种理论认为，当容器内的压力低于大气压时，低于大气压的部分称为真空，容器内的压力称为绝对压力。另一种说法是，压力低于大气压的容器中的空间称为真空。真空有一些区别:当容器内没有压力，即绝对压力等于零时，称为完全真空；剩下的叫做不完全真空。

[编辑本段]真空的含义和特征

在真空科学中，真空是指给定空间中低于大气压的气体状态。人们通常称这种稀薄气体状态为真空状态。与人类赖以生存的大气的现有状态相比，这种特定的真空状态具有以下基本特征:

(1)真空状态下的气体压力低于一个大气压。所以地球表面的各种真空容器都会受到大气压力，而压力差取决于容器内外的压力差。因为作用在地球表面的大气压力约为101325 N/m 2，当容器内的压力很小时，容器所承受的大气压力可以达到一个大气压。

(2)由于真空中气体的稀薄性，单位体积的气体分子数，即气体的分子密度小于大气压下气体的分子密度。因此分子之间、分子与其他粒子(如电子、离子)之间、分子与各种表面(如墙壁)之间的碰撞次数相对减少，增加了气体的分子自由程。

物理真空

这里指的是没有任何物理粒子的空间，但是没有任何东西的空间是不存在的。而假设你把一个空间里的气体都赶走了，你会发现在真空里还不时有基本粒子出现和消失，无中生有。物理真空实际上是波动能量的海洋。当能量达到峰值时，能量转化为正负基本粒子对，当能量达到低谷时，正负基本粒子对相互湮灭，转化为能量。

工业真空

工业真空是指气压小于一个标准大气压的气体空间，指稀薄气体状态，可分为高真空、中真空和低真空。地球和恒星之间的广阔空间是真空。通常，通过使用特殊的气泵来获得真空。它的气体稀薄度是用真空计测量的，现在用分子泵和扩散泵可以获得0.000000001大气压的高真空。真空在科学技术、电真空仪器、电子管和其他电子仪器中有很大的用途。真空托压力范围)Pa(帕)

低真空760 ~ 10101325 ~ 1333

中等真空10 ~ 10-3 1333 ~ 1.33×10-1。

高真空10-3 ~ 10-8 1.33×10-1 ~ 10-6

超高真空10-8 ~ 10-12 10-6 ~ 10

极高真空< 10-12 < 10-10

正负电子对撞机

正负电子对撞机的作用不仅仅是一对电子碰撞产生光子和能量那么简单。一对光子也可以碰撞产生一对正负质子，发生碰撞的那部分真空可以被激发到高能态，可以产生越来越多种类的基本粒子，服务于宇宙起源和组成的研究。

[编辑本段]人类对真空认识的历史发展

人类对真空的认识经历了几次根本性的变化和反复。古希腊德谟克里特斯的原子论认为，一切物质都是由原子组成的，在原子之外，就没有任何东西。17世纪，R·笛卡尔提出了以太涡旋理论，认为空间充满了以太，并用它来解释行星的运动。不久我牛顿建立了基于运动三定律和万有引力定律的牛顿力学，成功解决了行星绕太阳运动的问题。引力被认为是超距作用，不需要以太作为传输介质，从而否定了以太论。光的波动性是在19世纪发现的，认为波的传播必须依赖于介质，尤其是电磁场的波动性是后来发现的。以太主义再次兴起，认为无论宇宙何时何地，任何物体都充满了以太，光和电磁波都被解释为以太的机械振动。后来虽然概念变了，光和电磁波都被认为是电磁场的振动，但是以太仍然保留了一些绝对的性质，可以看作是一个绝对静止的参照系来描述万物的运动。19年末20世纪初，各种试图探测地球相对于以太速度的实验都失败了。a .爱因斯坦建立了狭义相对论，再次否定了这种绝对静止以太的存在。后来，当爱因斯坦用场论的观点研究引力现象时，他意识到空真空的概念是有问题的。他曾提出真空是重力场的一种特殊状态的观点。

是P.A.M .狄拉克第一次赋予真空全新的物理内容。1930年，狄拉克为了摆脱狄拉克方程负能量解的困境，提出真空是充满负能量态的电子海。当负能量态的电子吸收足够的能量跃迁到正能量态，成为普通电子，就可以在电子海中留下可观测的空穴，也就是正电子。从系统的能量来看，这种情况比海中只有电子的真空状态要高，所以真空是能量最低的状态。从现代量子场论的角度来看，每个粒子对应一个量子场，粒子就是对应场量子化的场量子。当空间中存在一个粒子时，说明量子场处于激发态；反之，当没有粒子时，意味着场处于基态。所以真空是没有场量子被激发的状态，或者说真空是量子场系统的基态。

现代对真空的理解不再是哲学思辨，而是可以通过实验来检验。许多现象需要用现代的真空概念来解释。例如，氢原子能级的兰姆位移和电子的异常磁矩已经以非常高的精度被实验证实。也很好的证明了高能电子和正电子碰撞湮灭成高能光子，而高能光子在真空中可以激发大量粒子。对真空的认识还处于初级探索阶段，物理学家还在探索真空的自发破缺和真空相变，这必将推动物理学的进一步发展。

[编辑本段]真空的本质

真空具有以下特性:

1，空不是一无所有。如果真空中没有粒子，我们将精确地测量场(0)和场(0)的变化曲率。但海森堡的测不准原理表明，不可能同时精确测量一对* * *轭，所以可以“空”，但不能“无”。因此，在真空中，粒子以虚粒子和虚反粒子对的形式不断地从稀薄的空气中产生，它们相互湮灭。在这个过程中，总能量保持不变。

2.真空是有极性的，所以真空是非对称的。但这种不对称是相对局部的，整体上是对称的，这样的圆形嵌套构成了真空的这种性质。

3.真空的每个部分都具有真空的所有特性。大和小是相对的。时间也是相对于空间而言的，没有特定的空间，时间不可能单独存在。

[编辑本段]真空与微重力环境利用技术

航天器轨道飞行提供的真空微重力环境是一个宝库，为人们提供了地面难以获得的科学实验和生产工艺条件，进行了地面难以进行的科学实验，生产了地面难以生产的材料、工业产品和药物。

在高真空和微重力环境下进行生命和生物科学实验时，不会出现有机污染、混合或测定误差，细菌等用于实验的微生物也不会到处扩散，非常安全。在零重力或微重力条件下，可以进行无容器熔炼，不会混入任何杂质，可以获得高质量的合金；不同比重的金属或非金属可以均匀混合得到新的合金材料；可以克服地面加工中过冷波动和密度大的缺陷，生长出高质量、大直径单晶砷化镓等半导体材料。可以生产100%圆度的滚珠轴承等滚珠工业产品，但在地面上，由于重力的影响，滚珠轴承并不是真正的球形。

空间制药是真空和微重力环境利用的一个重要方面。在地面上，由于地球的引力，培养物会沉淀，沉淀中的微生物会因缺氧而死亡；如果输送氧气并搅拌，形成的低压小气泡会再次破坏细胞；如果加入消泡剂，会降低氧气的溶解度，阻碍微生物的繁殖，形成恶性循环。在微重力环境下，培养液中含有大量气泡，不会沉淀，微生物可以随时获得氧气，生长速度比地面快一倍以上。可以高效率、高纯度地制造很多药物，如治疗烧伤的表皮生长因子、治疗贫血的促红细胞生成素、防治病毒感染的免疫血清、治疗肺气肿的胰蛋白酶抑制剂、治疗血栓形成的尿激酶、治疗血友病的抗溶血因子8、治疗糖尿病的β细胞、治疗癌症的干扰素等等。主要的制药方法是电泳，在DC电场的作用下，将不同成分的混合物精确地分离成不同的成分。其设备第一代是静态电泳仪，第二代是连续流动电泳仪。

[编辑本段]物理真空

物理真空是指对实验结果没有影响的条件，而不是空的。

例如，如果空气阻力可以忽略不计，物体在空气中的运动规律与在真空中的运动规律相同。

当空气被抽得很薄，声音无法传播时，我们说“真空”无法传播声音，但提高听音能力或增大声功率，声音是可以接收的。我们只能说“这个真空度对于现在的声音来说不能叫真空”！

同样，空间可以透光，也可能是空间中的环境。对于光来说，它不会变成“真空”，所以光是可以透射的。没有人证明纯“真空”可以透光，因为人类做不到那种真空。(这是推论，不是证明)另外，光粒子可以在真空中传播，这也会和另一个定律冲突:在没有外力的真空中，物体会匀速直线运动，而不是波动。

玻璃中的光速只是相对于玻璃的光速而言是恒定的。不管玻璃在其他参照系中如何运动，大家都要承认，玻璃、空气、水等等只能作为光学介质传播光。过去错误地认为以太介质不等于光，所以一定没有介质。

光对于任何参照系都不是光速，或者说不能超过光速。光只是在一个“静态”的参照系中光速不变。请仔细阅读爱因斯坦关于运动物体电动力学的文章。这个“静态”是一个中等的参照系。所以爱因斯坦的论述在这个条件下是成立的。大学教材《普通物理》1假设真空中任一参照系测得的光速都是恒定的，所以讨论的相对论结论只在真空中成立。然而，哪个相对论实验是在真空中完成的？相对论的使用没有条件吗？所以大学教材的论述是不可证伪，不可证实的，不是科学。

问题:

声波和光波在这个问题上没有可比性。

声波载波必然有静止质量，而光波载波或光子或电磁场没有静止质量。

这是两种完全不同且不可比的波动。

物理真空不是指对实验结果没有影响的条件，而是指静止质量密度下降到一定条件以下的空间区域。

终极物理真空是现有物理手段无法探测到非零静止质量密度的空间区域。

注意，物理真空本身就是一个具有能量状态的空间区域，或者是一个能量场区域，或者是一个力场区域。

所以物理真空，纯粹定义，可以说是一个只能传递力场波动的区域。也就是说，它不能传递机械波和其他静止质量载体的波动。

哲学上的“真空”足够纯粹，但对于我们的物理世界来说，它的存在就是“零存在”，即不存在，也没有存在的意义。

真空专业

学校:合肥工业大学、东北大学。

合肥工业大学:真空专业是机械设计、制造及其自动化四大模块(机械设计、机械制造、机电一体化、真空)之一。真空作为一门高度交叉的学科，已经渗透到各行各业，包括机械、电子、生物工程、材料科学、表面科学等等。特别是近年来，一些新兴技术的快速发展，为真空技术提供了越来越广阔的应用舞台。从各种具有特殊功能的纳米材料的研制，到集成微机电系统的制造，从大型粒子加速器和受控核聚变的运行，到卫星和宇宙飞船的成功发射，真空已经被越来越多的人充分认识到是不可或缺的技术和条件。

真空模块，原名真空采集技术与设备专业，成立于1974，是全国仅有的两个真空专业之一。在过去的30年里，已经培养了1000多名本科毕业生。他们在国际国内真空科学技术领域都有很高的成就，包括总工程师、教授、总经理、董事长。多年来，合肥工业大学的真空毕业生不仅活跃在国内外的高科技科研舞台上，而且占据了国内真空行业的半壁江山。

本专业于1993获得真空工程硕士学位授予权，根据国务院学位办调整的学科专业目录，于1997更名为流体机械与工程。主要课程包括:力学、控制工程、真空技术、薄膜技术等。

学科长期从事流体机械中稀薄气体(真空技术)的研究，造就了一支结构合理、学术水平高、科研和工程实践能力强、经验丰富的学术团队。90年代以来，获得国家重大装备科技进步一等奖1项，国家发明三等奖1项，省部级科技进步二、三等奖6项，发明专利5项。培养了40多名研究生。经过多年的建设和发展，本学科形成了流体机械现代设计理论与方法、流体测控技术、真空应用技术、薄膜技术、微纳加工技术五个稳定而又各具特色的学术研究方向。近年来，主持了国家高技术计划、国家自然基金、科技部创新、安徽省自然基金等863项探索型项目，以及多项企业合作项目。

真空系统:

真空系统的结构材料是构成真空系统主体的材料，它将真空系统与大气隔开，承受大气压力。这类材料主要是各种金属和非金属材料，包括可拆卸连接处的密封垫片材料。

真空系统的回流包括泵液从扩散泵向真空室的迁移和机械泵油中的有机污染物向系统(特别是真空室)的迁移。油扩散泵工作时，不管用什么泵油，即使在泵口加了冷阱，或多或少总会有一部分油汽回流到高真空端。它们在扩散泵端口建立的压力有时远高于在泵壁温度下饱和油的蒸汽压。这不仅影响了真空系统的极限压力，而且污染了被抽容器，所以回油率是扩散泵系统的主要评价指标。

本专业毕业生基础理论扎实，专业口径宽，实践能力强，思维活跃，有开拓精神，社会需求量大，一次性就业率高。主要进入国内重点科研院所、信息产业、航空航天、国家大科学项目和大型国企，多在北京、天津、上海、广东等经济发达地区。

【1】真空包装真空包装将食品装入包装袋，抽出包装袋内的空气，达到预定的真空度后，完成封口过程。真空充气包装是将食品放入包装袋中，将包装袋中的空气抽到预定的真空度后，充入氮气或其他混合气体，然后完成密封过程。

真空包装的主要作用是除氧，有利于防止食品腐败变质。它的原理比较简单，因为食物霉变和腐败主要是由微生物活动引起的，大多数微生物(如霉菌和酵母菌)需要氧气才能生存。真空包装就是利用这个原理，把包装袋和食物细胞里的氧气抽走，让微生物失去生存环境。