压力的定义是垂直作用于表面上且均匀分布的力与单位面积之比。
P=F/A
p
|
压力
|
[Pa]
|
F
|
受力
|
[N]; 1 N = 1 kg m s-2
|
A
|
面积
|
[m2]
|
公式 1-3: 压力定义
在封闭的容器中,气体颗粒进行热运动。在其与容器壁的相 互作用中,原子和分子经受大量的的碰撞。每次碰撞都会给 容器壁施加力。如果封闭气体不受外界影响,无论在什么地 方什么方向进行测量,发生的无数碰撞导致容器内任何一点 的压力都是相同的。
图 1.2: 总压力的定义
实际上,只有一种气体的情况少见。不同气体的混合物 更为常见。这些气体的每个单一成分都会施加具体的压力, 该压力可进行单独测量,而与其他成分无关。由成分施 加的该压力被称为分压。在理想气体中,成分的分压加 起来等于总压力,且互不干扰。分压之和等于总压力。
图 1.3: 分压的定义
我们的环境空气就是一个气体混合物的例子:其分压组成如 Table 1.1 [3] 所示。
气体类型
|
化学分子式
|
体积 %
|
分压 [hPa]
|
氮
|
N2
|
78.09
|
780.9
|
氧
|
O2
|
20.95
|
209.5
|
水蒸气
|
H2O
|
< 2.3
|
< 23.3
|
氩
|
Ar
|
9.3·10 -1
|
9.3
|
二氧化碳
|
CO2
|
3.0·10-2
|
3.0·10-1
|
氖
|
Ne
|
1.8·10 -3
|
1.8·10-2
|
氢
|
H2
|
< 1·10-3
|
< 1·10-2
|
氦
|
He
|
5.0·10 -4
|
5.0·10-3
|
甲烷
|
CH4
|
2.0·10-4
|
2.0·10-3
|
氪
|
Kr
|
1.1·10 -4
|
1.1·10-3
|
一氧化碳
|
CO
|
< 1.6·10-5
|
< 1.6·10-4
|
氙
|
Xe
|
9.0·10 -6
|
9.0 . 10-5
|
一氧化二氮
|
N2O
|
5.0·10 -6
|
5.0·10-5
|
氨
|
NH3
|
2.6·10-6
|
2.6·10-5
|
臭氧
|
O3
|
2.0·10-6
|
2.0·10-5
|
过氧化氢
|
H2O 2
|
4.0·10-8
|
4.0·10-7
|
碘
|
I2
|
3.5·10-9
|
3.5·10-8
|
氡
|
Rn
|
7.0·10 -18
|
7.0·10-17
|
图 1.1: 大气的组成。所示分压是指 在大气压下的压力即1,000 hPa。 注意:水蒸气所表示的值是在 293 K (20°C) 时的炮和状态。二氧化碳和一氧化 碳值的波动取决于时间和地点。所示的一氧化碳是大城市的峰值。其他来源是 指自然的氢浓度为 5 · 10-5% 且分压为 5 · 10-4 hPa。
在宇宙空间中,根据邻近星系的程度, 10-18 hPa 以下的压力 占主导地位。在地球上,已经报道上产生的压力低于 10-16 hPa。低至 10-16 hPa 的气压范围涵盖 10 的负 19 次幂。 根据不同真空获得设备和测量设备所能达到的真空度,我们 又把真空范围根据真空度进行了分类,如Table 1.2 所示。
压力范围
|
压力 hPa
|
压力 Pa
|
数密度/cm3
|
M平均自由程 [m]
|
气压
|
1,013.25
|
101,325
|
2.7·1019
|
6.8·10-8
|
低真空 (LV)
|
300…1
|
30,000…100
|
1019…1016
|
10-8…10-4
|
中真空 (MV)
|
1…10-3
|
100…10-1
|
1016 …1013
|
10-4…10-1
|
高真空 (HV)
|
10-3…10-7
|
10-1…10-5
|
1013…109
|
10-1…103
|
真空 (UHV)
|
10-7…10-12
|
10-5…10-10
|
109…104
|
103…108
|
极高真空 (XHV)
|
<10-12
|
<10-10
|
<104
|
>108
|
图 1.2: 真空中的压力范围
计量压力的单位是帕斯卡。该单位是以数学家、物理学 家、作家兼哲学家布莱兹·帕斯卡(1623?–?1662 年)的名字 命名。根据公式 1-3,SI 单位帕斯卡是由 Pa = N m-2 组成。 单位 mabr、torr 以及表 1.3 中所示的单位是实际使用中常见 的。
|
Pa
|
bar
|
hPa
|
?bar
|
Torr
|
micron
|
atm
|
at
|
mm WS
|
psi
|
psf
|
Pa
|
1
|
1·10-5
|
1·10-2
|
10
|
7.5·10-3
|
7.5
|
9.87·10-6
|
1.02·10-5
|
0.102
|
1.45·10-4
|
2.09·10-2
|
bar
|
1·105
|
1
|
1·10-3
|
1·106
|
750
|
7.5·105
|
0.987
|
1.02
|
1.02·104
|
14.5
|
2.09·103
|
hPa
|
100
|
1·10-3
|
1
|
1,000
|
0.75
|
750
|
9.87·10-4
|
1.02·10-3
|
10.2
|
1.45·10-2
|
2.09
|
?bar
|
0.1
|
1·10-6
|
1·10-3
|
1
|
7.5·10-4
|
0.75
|
9.87·10-7
|
1.02·10-6
|
1.02·10-2
|
1.45·10-5
|
2.09·10-3
|
Torr
|
1.33·102
|
1.33·10-3
|
1.33
|
1,330
|
1
|
1,000
|
1.32·10-3
|
1.36·10-3
|
13.6
|
1.93·10-2
|
2.78
|
micron
|
0.133
|
1.33·10-6
|
1.33·10-3
|
1.33
|
1·10-3
|
1
|
1.32·10-6
|
1.36·10-6
|
1.36·10-2
|
1.93·10-5
|
2.78·10-3
|
atm
|
1.01·105
|
1.013
|
1,013
|
1.01·106
|
760
|
7.6·105
|
1
|
1.03
|
1.03·104
|
14.7
|
2.12·103
|
at
|
9.81·104
|
0.981
|
981
|
9.81·105
|
735.6
|
7.36·105
|
0.968
|
1
|
1·10-4
|
14.2
|
2.04·103
|
mm WS
|
9.81
|
9.81·10-5
|
9.81·10-2
|
98.1
|
7.36·10-2
|
73.6
|
9.68·10-5
|
1·10-4
|
1
|
1.42·10-3
|
0.204
|
psi
|
6.89·103
|
6.89·10-2
|
68.9
|
6.89·104
|
51.71
|
5.17·104
|
6.8·10-2
|
7.02·10-2
|
702
|
1
|
144
|
psf
|
47.8
|
4.78·10-4
|
0.478
|
478
|
0.359
|
359
|
4.72·10-4
|
4.87·10-4
|
4.87
|
6.94·10-3
|
1
|
图 1.3: 压力单位换算表