真空技术书籍,第二版

1.1.2 真空概述

标准定义中规定的 300 mbar 的意义在考虑到气压公式时就变 得显而易见了。 由于一定面积上气柱的重量随着高度增加而减 少,所以大气压力随高度上升而下降。

\[p_h = p_0 \cdot \exp \left(-\frac{\rho_0 \cdot g \cdot h}{p_0}\right)\]

公式 1-1: 气压公式

$p_h$ 在高度 $h$ 处的气压
$p_0$ 海平面的气压 = 1,013.25 mbar 或 101,325 Pa
$g$ 重力加速度 = 9.81 m s-2
$\rho_0$ 0 °C 时海平面的空气密度 = 1.293 kg m-3

如果为了简化之目的,我们假设在海平面处的空气密度、 重力加速度以及气压是恒定不变的,通过简化,我们得出:

\[p_h = p_0 \cdot \exp \left(-\frac h{8,005 \mbox{ m}}\right)\]

公式 1-2: 数值气压公式

从公式可以解出,气体密度下降一半即 ph = p0 /2 所对应的 高度值是h1/2 = 5,548 m。换言之:高度每增加 5,548 km, 气压则减半。

如果公式中的高度值用珠穆朗玛峰的高度代替, 我们得到的 压力为 335 mbar,或用正规的 SI(国际单位制)单位表示 为 33,500 Pa 或 335 hPa。 这就解释了标准定义中规定 300 mbar 作为地球表面最低气压的原因。

在本手册中,我们将SI 单位 Pa 结合前缀(hecto)作为压力单 位 (百帕),这样就将符合标准的 SI 单位与欧洲常用的 mbar 数值等同起来。

在地球表面上方约 10,000 m 的客机巡航高度处, 气压已下 降至 290 hPa。气象气球上升至高达 30 km 的高度,此处的 压力为 24 hPa。气象卫星在高度约为 800 km 处沿太阳同步 极地轨道飞行。 此处的压力已经下降到约 10-6 hPa。 离地球 越远,压力就会 变得越低。 目前发现的已知最低压力存在于 星际空间。

在技术应用的范围内,压力并不是总用绝对值表述,而是对 于大气压力的相对值。低于大气压的压力范围可以表示为负 数或百分比。这方面的例子有液位压力计、压力表以及在气 瓶、真空吸盘吊具和真空输送系统中应用的减压器。

在地球表面需要使用不同类型的真空泵来产生真空。 图 1.1 中给出了最重要的真空泵和真空测量仪器的工作范围: 真空概览 [1]

真空概览

图 1.1: 真空概览 [1]