凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識⑷

       上海東富龍科技有限公司 張耀平 

       第四節(jié) 壓強與真空
 
       物體放在地面，由于地球的引力作用，對地面有一個力的作用。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。壓力的單位是克或公斤（千克、kg）、壓強的單位是克/厘米²（g/cm²）或公斤/厘米²（kg/cm²）。 液體和氣體同樣對處于其中的一切物體產(chǎn)生壓強。地球的表面包圍著一層厚厚的空氣，叫做大氣層，這個大氣層所產(chǎn)生的壓強叫做大氣壓。 固體的壓強只產(chǎn)生于重力方向，液體的壓強產(chǎn)生于與液體相接觸的任何一面，而氣體的壓強產(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動而撞擊容器內(nèi)壁的結(jié)果。
       大氣壓力的大小可以通過實驗來測得。拿一根大約1米（m）長，一端封閉的細玻璃管，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，在玻璃管上方形成一個沒有空氣的空間（真空），測量水銀柱的高度約為760mm如圖三所示。
       實驗結(jié)果表明760mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強正巧與大氣壓強相平衡，也就是760mm高的水銀柱壓力等于大氣壓力（atm）。 760mm高的水銀柱壓強有多大可以計算出來：水銀柱的比重為13.6g/cm²。 壓強 = 比重×高度，13.6g/cm² ×76 cm = 1033.6 g/cm²，也就是大氣壓強為1033.6 g/cm²即1.0336 ㎏/cm²。
       為了計算方便取1.0㎏/cm²作為大氣壓強，單位叫做1個大氣壓（atm）。如果用毫米汞柱mmHg做壓強單位，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）。 在標準大氣壓下，每立方厘米（m³）體積中氣體的分子數(shù)為2.7×10¹⁹個。
       真空是指低于一個大氣壓的氣體狀態(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“絕對真空”，絕對直真空是假想的，它是永遠也達不到的。 真空高低的程度叫做真空度，真空度用氣體壓強的大小來表示。壓強越低，表示真空度越高；反之，壓強越高，表示真空度越低。若壓強高到760mm即一個大氣壓就是沒有真空了。若壓強繼續(xù)升高，就產(chǎn)生了正壓。因此，低于大氣壓又可稱為負壓。
       壓強有三種表示方法：絕對壓力、表壓力和真空度。絕對壓力表示作用于單位面積上的壓力的絕對值，它以絕對零點為起點。表壓力表示比大氣壓高多少值，它以大氣壓為起點，即在大氣壓時，表壓力為零。真空度表示比大氣壓低多少值，當用絕對壓力表示法時，以絕對零壓為起點；當用表壓力表示時，它以大氣壓為起點，如圖四表示。 絕對壓力和表壓力一般用㎏/cm² 來表示，英制用磅/寸²來表示。1㎏/cm² = 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。當壓強高于1mmHg時真空度常用百分數(shù)來表示。 真空度百分數(shù)、壓力表真空與絕對壓強的對照表見表九，順便介紹一下數(shù)學(xué)上的表示方法：
       表九 真空度百分數(shù)、壓力表真空與絕對壓力對照表 真空度％ 絕對壓強 mmHg 壓力表真空度mmHg 真空度％ 絕對壓強 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=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 0.001=1/1000=10^－3，因此0.1=1×10^－3 例如某臺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，壓強的單位應(yīng)該是單位面積所受的力，如公斤/厘米² (Kg/cm² )、牛頓/厘米² (N/cm² )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”這樣的壓強單位來計量真空度，給“牛頓/厘米²”一個專用名字，叫做帕斯卡（Pascal，法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家），簡稱“帕”，符號Pa，壓強的換算見表十。 表十 壓強單位的換算 單位 巴bar 毫巴mbar 帕斯卡Pa 大氣壓atm 托torr 1 bar 1 10³ 10⁵ 0.987 0.75×10³ 1 mbar 1×10^－3 1 10² 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 1.013×10³ 1.013×10⁵ 1 0.76×10³ 1 torr 1.333×10^－3 1.333 1.333×10² 1.316×10^－3 1