真空的发现和理论基础

　17世纪初，意大利的挖井工人有一个经验性常识———用泵抽水的高度有限。伽利略通过计算，证明泵抽水的高度极限约10m。1643年，伽利略的学生托里拆利认为，如果水的高度极限为10m，则相对密度为13.6的水银上升高度应该在760mm。他将一根一端封闭盛满水银的细长玻璃管倒立在水银槽内，实验验证玻璃管中的水银高度逐渐下降至水银槽液面以上大约760mm(图1.0)。托里拆利随即指出，玻璃管上端的空隙内就是真空，而大气的压强就是约760mmHg。之后，帕斯卡等发现水银柱在地面的高度大于在山顶的高度，证明大气压强与海拔高度有关。

图1.0　托里拆利实验图

　　1654年德国人葛利克将两个直径1000px的铜质半球合起来，用真空泵将球内的空气抽出。在巨大的大气压强作用下，最终每个半球用8匹马，沿相反的方向也未能将两个半球拉开。葛利克当时是马德堡市的市长，这个实验被称为马德堡半球实验。

　　1622年英国人玻意耳发现玻意耳定律，即在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比。1738年瑞士人伯努利提出完整的气体分子运动理论。他们奠定了真空技术最初的理论基础。

　　气体的压强来自气体分子和容器壁的碰撞，其根本的起源是分子自身的动能。即

式中：

n————分子密度

m————分子质量

v————分子平均速度

  k————玻尔兹曼常数

T————热力学温度

　　真空容器内的压强和压强差的关系为

　　kgf/cm2是千克力每平方厘米的压强表示单位。容器内的压强从大气压降到104Pa时，容器内外的压强差基本上是线性增加(图1.1)。继续减压，则压强差逐渐饱和。

图1.1　真空容器的压强和压强差之间的关系

　　一个大气压下，每平方厘米就承受1.033kg的大气压力。如果我们人体的面部表面积是5000px2的话，则面部承受着200多千克的压力。由于人们日常生活中身体内外压力平衡，所以才没有感到巨大的压力。