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提起真空，相比大家都不陌生。簡(jiǎn)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(lái)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（105 Pa）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？這里有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法。我們可以拿一個(gè)玻璃杯，杯口潤(rùn)濕。然后把杯子扣在嘴上，使勁的吸氣，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)杯子可以吸在嘴上。此時(shí)杯子內(nèi)部就達(dá)到了一個(gè)粗糙的真空環(huán)境。這個(gè)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(shí)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(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)建議大家不要長(zhǎng)時(shí)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(duì)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(gè)小“討厭鬼”。無(wú)處不在，無(wú)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。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(guò)真空泵來(lái)獲取高真空。最簡(jiǎn)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(guò)是通過(guò)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(wàn)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(shí)就要請(qǐng)出另一位“泵”屆大佬，分子泵。分子泵利用靠高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉片和靜止的定葉片相互配合，給空氣分子一個(gè)額外的定向速度，從腔體中抽出。  嗶哩嗶哩分子泵原理的小短片小程序
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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速都不會(huì)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10-6Pa左右的真空度，即一個(gè)大氣壓的一千億分之一。不過(guò)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(huì)對(duì)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(lái)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(gè)前級(jí)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(shí)候，分子泵才可以啟動(dòng)。并且只要分子泵在啟動(dòng)狀態(tài)，前級(jí)機(jī)械泵就要一致維持運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動(dòng)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10-6Pa，我們發(fā)現(xiàn)真空度不再繼續(xù)下降了。但這還沒(méi)有到分子泵的極限。真空度無(wú)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(gè)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(huì)給整個(gè)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(guò)了連續(xù)幾天的烘烤，再把溫度降下來(lái)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)真空度已經(jīng)達(dá)到了10-7Pa這個(gè)量級(jí)。這是終點(diǎn)嗎？不，我們還有辦法繼續(xù)提高真空度。此時(shí)，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(guò)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(guò)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(méi)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(dòng)它們。吸附泵原理比較簡(jiǎn)單，多采用活性炭或者活潑金屬來(lái)吸附腔內(nèi)的空氣分子。而離子泵則是通過(guò)高壓放電，將空氣電離，然后電離的空氣會(huì)經(jīng)過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)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(gè)大氣壓的一百萬(wàn)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(guò)，就算是這樣的超高真空，一升空間中依然存在三億個(gè)空氣分子，這根宇宙中的真空比起來(lái)差的很遠(yuǎn)。所以人類的超高真空技術(shù)，還有很長(zhǎng)的路要走。
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