真空度與溫度關(guān)系的研究

周波

摘 要：真空技術(shù)是建立低于大氣壓力的物理環(huán)境，以及在此環(huán)境中進(jìn)行工藝制作、物理測(cè)量和科學(xué)試驗(yàn)等所需的技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)以空氣、鐵、水各自為研究對(duì)象探究真空條件下溫度與真空度的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)采集真空條件下空氣的壓強(qiáng)、個(gè)研究對(duì)象的溫度。通過Origin軟件分析數(shù)據(jù)，得出真空度越高溫度越低但也有反常的情況的真空度溫度關(guān)系。

關(guān)鍵詞：真空度;溫度;關(guān)系;水

1引言

不同真空狀態(tài)下有不同的氣體分子密度，絕對(duì)真空是不存在的。本文根據(jù)空氣、鐵、水在不同真空度下溫度變化的實(shí)驗(yàn)，確定真空度與溫度的關(guān)系。

2實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)過程

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)裝置采用真空蒸發(fā)鍍膜裝置的一部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示：

要進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)，還需一電子溫度計(jì)、大小不同的兩燒杯（200ml、80ml），小燒杯裝合適量的水，小燒杯置于大燒杯中。燒杯和溫度計(jì)都置于鐘罩內(nèi)。

研究真空度與空氣溫度的關(guān)系時(shí)，將電子溫度計(jì)探頭懸掛在鐘罩內(nèi)空中;研究真空度與鐵電極溫度關(guān)系式，將電子溫度計(jì)探頭與電極綁在一起;研究真空度與水溫度的關(guān)系時(shí)，將溫度計(jì)探頭置于小燒杯內(nèi)液面一下。

2.2實(shí)驗(yàn)過程

（1）將電子溫度計(jì)計(jì)置于鐘罩內(nèi)，并根據(jù)研究對(duì)象將探頭置于相應(yīng)位置，蓋上鐘罩。

（2）抽真空：關(guān)上K14，開機(jī)械泵電源，開復(fù)合真空計(jì)電源，緩慢開K12。

（3）記錄數(shù)據(jù)：在緩慢開K12的同時(shí)，記錄真空計(jì)的壓強(qiáng)示數(shù)及其對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)的示數(shù)。直至溫度、壓強(qiáng)都不再變化。

（4）充氣：開K14往鐘罩內(nèi)充氣，并記錄此時(shí)研究對(duì)象為水的溫度和壓強(qiáng)。然后關(guān)K12，關(guān)掉機(jī)械泵電源。

（5）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作溫度--壓強(qiáng)圖像，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其分析處理

3.1空氣溫度與真空度關(guān)系數(shù)據(jù)及其分析處理

根據(jù)數(shù)據(jù)作出的溫度--真空度曲線如圖2所示：

圖4反映出空氣溫度隨真空度逐漸高的變化情況。鐘罩內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小，空氣內(nèi)溫度先是逐漸下降到某一值，然后又呈上升趨勢(shì)。但由于機(jī)械泵只能獲得10-1～10-2Pa的真空度，所以空氣溫度變化的幅度并不大。

3.2電極溫度與真空度關(guān)系數(shù)據(jù)及其分析處理

根據(jù)數(shù)據(jù)作出溫度--真空度曲線如圖3所示：

圖像中反映的是在真空度為4.2Pa～3.2Pa范圍內(nèi)電極溫度的變化，看看出在這個(gè)真空度范圍內(nèi)電極溫度逐漸升高。一開始電極溫度與空氣溫度基本一樣，所以起初溫度計(jì)相當(dāng)于測(cè)量空氣的溫度。但隨著真空度越來越高，電極溫度變化快而空氣溫度變化慢，此時(shí)溫度計(jì)測(cè)量的是電極的溫度。電極溫度升高是因?yàn)殡姌O周圍空氣壓強(qiáng)減小，導(dǎo)致電極內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，而電極溫度升高正是分子運(yùn)動(dòng)加劇的體現(xiàn)。

3.3水溫度與真空度關(guān)系數(shù)據(jù)及其分析處理

根據(jù)數(shù)據(jù)作出溫度--真空度曲線如圖4所示：

圖6反映出了水溫隨真空度升高而變化的情況。隨著真空度升水溫不斷下降。鐘罩內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小，水的沸點(diǎn)逐漸降低，所以在抽真空時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置開關(guān)K12要緩慢打開以免大量水沸騰濺。4小結(jié)

通過實(shí)驗(yàn)分析研究，我們知道不同物質(zhì)溫度隨真空度的升高而不同的變化。即真空中物質(zhì)溫度的變化不止受氣體真空度的影響，在很大程度上還受物質(zhì)本身特性、結(jié)構(gòu)的影響。

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