吃鹅腿之前你最好了解一下关于真空的知识

  如果你了解一下真空的定义，你就会惊奇的发现，真空一点也不神秘，你也经常跟它打交道。

  “真空 (vacuum)”一词来自希腊语，意为“空的”，但是真空并不是空无所有的状态，即便是在银河系边缘也有大量物质分子存在。科学界对真空的普遍定义为：真空是指“压强低于一个大气压的气体状态”。

  那么仔细想想，当我们喝牛奶的时候，喝口服液的时候，瓶子里的低气压状态是不是都可以称作“真空”呢？

  早在 1643 年，意大利物理学家托里拆利（Torricelli）就做了一个著名的大气压实验 ——托里拆利实验。

  他在一段封闭的玻璃管中装满水银（Hg），然后将玻璃管倒扣在盛有水银的小槽中，玻璃管中的水银在重力作用下会下降，他发现，当水银柱高度下降到 760mm 时就不再下降，托里拆利认为玻璃管上端的空隙就是“真空”状态。同时这个实验也得出结论，一个标准大气压强约为 760mm 汞柱。

  因为这个实验揭示了“真空”的存在，为了纪念托里拆利，“托（Torr）”也就成了衡量真空度的单位。

  时间过得飞快，1654 年，德国物理学家、马德堡市的市长奥托・冯・格里克为了进一步验证大气压强的存在，做了著名的马德堡半球实验。

  他把两个直径约为 50 厘米的金属半球合起来，把里面抽成真空，然后用八匹高头大马向相反的方向拉，可是无论如何也拉不开这两块半球。这个实验生动形象又极具感染力地证明了大气压强的存在，也让我们体会到真空的魅力。因为这个实验是在德国马德堡市进行的，因此被称为“马德堡半球实验”。

  根据气体分子运动论，分子在永不停歇地做无规则运动，在运动中，分子之间会不断相互碰撞，或者时不时与容器壁碰撞，这些相互碰撞在统计意义上就产生了温度、压强等宏观现象。容器中分子数的多少可以用压强来衡量，而分子数的多少又反映了真空度的高低。因此真空度可以用压强来衡量。

  真空与压强的关系为，真空度越高，压强越小；真空度越低，压强越大。正因为此，真空度的单位用的是压强单位。

  有了单位，我们就可以对真空度进行划分。国际上没有统一的划分标准，常用的划分是这样的，

  那么实验室里常用的超高真空状态是怎么实现的呢？这就涉及到了我们的核心内容 ——真空泵。

  一个密闭容器中所含的气体分子越少，它的真空度就越高，因此我们抽真空的目的是尽可能地减少腔体中气体分子的数目，这就是这些真空泵要做的事情。

  从上图我们大家可以看出，要达到超高真空，只用一种泵是没办法实现的，需要不一样的种类的泵接力，像极了我们做科研的过程，不是吗？团队合作。在实验室，我们先用机械泵抽到粗真空，再打开分子泵抽到高真空，最后用离子泵或者钛升华泵抽到实验所需的真空状态。

  想象一下你变得跟一个分子一样大小，就像《蚁人》里面那样，你就会看到空气中 10

  量级的分子数，这些分子落在样品表面，就会把样品污染，无法探测样品表面的性质。

  其中，n 为气体分子数密度，m 是分子质量，按照国际单位制，压强的单位为 Pa根据能量均分定律，把每个气体分子看作质点（即简化为有质量的点），有三个振动自由度 x,y,z，每个自由度的平均能量为src=

  我们已经知道，真空度的高低是用压强大小来衡量的，因此，真空计也是经过测量压强的大小来反映真空度的。

  热平衡时温度越高，就说明气体导走的热量越少，气体分子密度越小，也就是压强越低，真空度越高

  电离真空计是目前采用最广的真空计，是一种测量高真空的真空计，只有在真空抽到一定量级时才能打开。它的工作原理为：有充足能量的电子与气体分子碰撞，使气体分子电离，产生正离子和电子；电子在运动过程中与分子碰撞的次数正比于分子数密度，也即压强 P，因此产生的正离子数就正比于压强 P，能够最终靠测量正离子的多少来标定真空度的高低。

  如果你能看到这个地方，那么恭喜你，你已经对真空有了相当多的了解。一句话总结一下，

  。那么，在真空的海洋里饱餐一顿之后，也别忘记你手中的鹅腿，你的胃还在等着饱餐一顿呢。

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