真空度與溫度關系的研究

周波

摘 要：真空技術是建立低于大氣壓力的物理環境，以及在此環境中進行工藝制作、物理測量和科學試驗等所需的技術。本實驗以空氣、鐵、水各自為研究對象探究真空條件下溫度與真空度的關系。通過實驗采集真空條件下空氣的壓強、個研究對象的溫度。通過Origin軟件分析數據，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系。

關鍵詞：真空度;溫度;關系;水

1引言

不同真空狀態下有不同的氣體分子密度，絕對真空是不存在的。本文根據空氣、鐵、水在不同真空度下溫度變化的實驗，確定真空度與溫度的關系。

2實驗裝置與實驗過程

2.1實驗裝置

本實驗裝置采用真空蒸發鍍膜裝置的一部分進行實驗。實驗裝置如圖1所示：

要進行此實驗，還需一電子溫度計、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。燒杯和溫度計都置于鐘罩內。

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

2.2實驗過程

（1）將電子溫度計計置于鐘罩內，并根據研究對象將探頭置于相應位置，蓋上鐘罩。

（2）抽真空：關上K14，開機械泵電源，開復合真空計電源，緩慢開K12。

（3）記錄數據：在緩慢開K12的同時，記錄真空計的壓強示數及其對應的溫度計的示數。直至溫度、壓強都不再變化。

（4）充氣：開K14往鐘罩內充氣，并記錄此時研究對象為水的溫度和壓強。然后關K12，關掉機械泵電源。

（5）整理實驗數據，作溫度--壓強圖像，分析實驗結果。

3實驗數據及其分析處理

3.1空氣溫度與真空度關系數據及其分析處理

根據數據作出的溫度--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。鐘罩內壓強逐漸減小，空氣內溫度先是逐漸下降到某一值，然后又呈上升趨勢。但由于機械泵只能獲得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系數據及其分析處理

根據數據作出溫度--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范圍內電極溫度的變化，看看出在這個真空度范圍內電極溫度逐漸升高。一開始電極溫度與空氣溫度基本一樣，所以起初溫度計相當于測量空氣的溫度。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，此時溫度計測量的是電極的溫度。電極溫度升高是因為電極周圍空氣壓強減小，導致電極內部分子運動加劇，而電極溫度升高正是分子運動加劇的體現。

3.3水溫度與真空度關系數據及其分析處理

根據數據作出溫度--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。鐘罩內壓強逐漸減小，水的沸點逐漸降低，所以在抽真空時實驗裝置開關K12要緩慢打開以免大量水沸騰濺。4小結

通過實驗分析研究，我們知道不同物質溫度隨真空度的升高而不同的變化。即真空中物質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本身特性、結構的影響。

參考文獻：

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