【康沃真空網(wǎng)】提起真空，相比大家都不陌生。簡單到日常的吸盤掛鉤，復(fù)雜到大型科學(xué)設(shè)備；小到拔火罐，大到廣袤的宇宙空間，都離不開真空的身影。今天我們就來給大家講一講，如何科學(xué)地獲取真空。
在定義上，我們把低于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（105Pa）的氣體狀態(tài)都稱之為真空。憑借我們自己的力量，是否可以獲得真空呢？
日常獲取真空
這里有一個簡單的辦法。我們可以拿一個玻璃杯，杯口潤濕。然后把被子扣在嘴上，使勁的吸氣，大家會發(fā)現(xiàn)杯子可以吸在嘴上。此時杯子內(nèi)部就達(dá)到了一個粗糙的真空環(huán)境。這個真空度有多大呢？其實(shí)并不大。
我們吸氣靠的是肺部擴(kuò)張，當(dāng)我們盡力吸氣的時候，肺部最多可以提供4kPa的壓差，也就是大氣壓的4%。所以我們使勁的吸氣，也最多才能達(dá)到大氣壓96%的真空度。
不過這個實(shí)驗(yàn)建議大家不要長時間做，我就是試久了，之后嘴變成了這樣。
生活中也有很多途徑可以獲得真空，比如拔火罐，就是利用罐中的真空，造成局部的淤血。同樣的還有真空收納袋，馬桶抽，真空掛鉤等等。但這些手段只能獲得十分粗糙的真空，這對于科學(xué)研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
在很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，空氣分子都是一個小“討厭鬼”。無處不在，無孔不入，在各種地方干擾實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。因此高真空往往是很多科學(xué)設(shè)備的前提條件。
科學(xué)獲取真空
那在科學(xué)研究中，如何科學(xué)的獲得真空呢？
在科學(xué)設(shè)備中，我們一般通過真空泵來獲取高真空。最簡單的真空泵就是機(jī)械泵，原理上和小氣筒抽氣是一樣的。只不過是通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將空氣從吸氣口吸入，然后從出氣口排出。機(jī)械泵能夠達(dá)到的真空度大概是1Pa，也就是大氣壓的十萬分之一。
當(dāng)然了，這樣的真空度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到很多物理實(shí)驗(yàn)的要求。這時就要請出另一位“泵”屆大佬，分子泵。分子泵利用靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合，給空氣分子一個額外的定向速度，從腔體中抽出。常見的實(shí)驗(yàn)用分子泵滿轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1500Hz，也就是一秒鐘轉(zhuǎn)1500圈。要知道，航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速都不會高于500Hz，由此可見分子泵的抽氣能力是很強(qiáng)的。
所以，利用分子泵可以達(dá)到10-6 Pa左右的真空度，即一個大氣壓的一千億分之一。
不過分子泵的高轉(zhuǎn)速使得它十分“脆弱”。一?；覊m甚至氣體本身都會對運(yùn)轉(zhuǎn)中的風(fēng)扇造成巨大的傷害。所以分子泵只可以用來抽已經(jīng)具有一定真空度的腔體，并且其出氣端也要保證有較好的真空度防止氣體倒灌傷害葉片。我們采取的辦法是給分子泵接入一個前級泵，一般都是用機(jī)械泵。只有先用機(jī)械泵將腔體中的真空度抽至10Pa以下的時候，分子泵才可以啟動。并且只要分子泵在啟動狀態(tài)，前級機(jī)械泵就要一致維持運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動和關(guān)閉都要嚴(yán)格遵循程序，否則就可能造成“機(jī)毀泵亡”哦。
現(xiàn)在我們將真空度已經(jīng)降到了10-6 Pa，我們發(fā)現(xiàn)真空度不再繼續(xù)下降了。但這還沒有到分子泵的極限。真空度無法繼續(xù)下降主要是由于腔體內(nèi)壁吸附了很多空氣分子，在這個真空度下開始持續(xù)放氣，與分子泵的抽速平衡。所以為了減少內(nèi)壁吸附的氣體，我們會給整個設(shè)備加熱。高溫下內(nèi)壁放氣速度加快，可以盡量抽走吸附的氣體。
經(jīng)過了連續(xù)幾天的烘烤，再把溫度降下來，我們會發(fā)現(xiàn)此時真空度已經(jīng)達(dá)到了10-7Pa這個量級。這是終點(diǎn)嗎？不，我們還有辦法繼續(xù)提高真空度。
此時，腔體內(nèi)部的空氣已經(jīng)十分稀薄了，采取機(jī)械辦法已經(jīng)很難提高真空度。這里，就需要清楚另外兩尊大佬：吸附泵和離子泵。機(jī)械泵和分子泵都是通過將腔體內(nèi)部空氣抽到外界達(dá)到真空的。而吸附泵和離子泵則與他們二者不同，這兩種泵都是通過氣體吸附的方式降低腔體中游離的空氣分子。原則上講空氣并沒有跑到腔外，只是被束縛住了。所以為了防止這兩種泵吸氣能力飽和，我們一般要利用分子泵達(dá)到高真空后，再啟動它們。
吸附泵原理比較簡單，多采用活性炭或者活潑金屬來吸附腔內(nèi)的空氣分子。而離子泵則是通過高壓放電，將空氣電離，然后電離的空氣會經(jīng)過電場、磁場作用吸附在由金屬鈦構(gòu)成的陰極板上。加上這二者的幫助，我們可以達(dá)到10-9Pa的真空，這已經(jīng)是一個大氣壓的一百萬億分之一。這已經(jīng)達(dá)到了超高真空的范疇，足以滿足大多數(shù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求了。
不過，就算是這樣的超高真空，一升空間中依然存在三億個空氣分子，這根宇宙中的真空比起來差的很遠(yuǎn)。所以人類的超高真空技術(shù)，還有很長的路要走。
