真空环境在科学研究中有哪些重要性或应用

发布时间: 2023-09-16 10:01:47 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 91

物理实验室常见的真空应用有哪些?物理实验室常见的真空应用有气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。用真空泵将两个合在一起的、直径为1...

真空环境在科学研究中有哪些重要性或应用

物理实验室常见的真空应用有哪些?

物理实验室常见的真空应用有气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。

用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸的铜半球抽成真空,然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球,始终未能将两半球分开。这个著名的试验又一次证明,空间有大气存在,且大气有巨大的压力。

物理实验室常见的真空应用是研究物质最一般的运动规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科,物理学研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础。

真空的发展:

20世纪初,真空电子管出现,促使真空技术向高真空发展。

1935~1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。

1940年以后,真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面,真空技术开始成为一个独立的学科。第二次世界大战期间,原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要,又进一步促进了真空技术的发展。

低真空、中真空、高真空、超高真空应用范围

随着真空获得技术的发展,真空应用日渐扩大到工业和科学研究的各个方面。真空应用是指利用稀薄气体的物理环境完成某些特定任务。有些是利用这种环境制造产品或设备,如灯泡、电子管和加速器等。 这些产品在使用期间始终保持真空;而另一些则仅把真空当作生产中的一个步骤,最后产品在大气环境下使用,如真空镀膜、真空干燥和真空浸渍等。
真空的应用范围极广,主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空应用。
低真空是利用低(粗)真空获得的压力差来夹持、提升和运输物料,以及吸尘和过滤,如吸尘器、真空吸盘 。
中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。如真空浓缩生产炼乳,不需加热就能蒸发乳品中的水分。
真空冶金可以保护活性金属,使其在熔化、浇铸和烧结等过程中不致氧化,如活性难熔金属钨、钼、钽、铌、钛和锆等的真空熔炼;真空炼钢可以避免加入的一些少量元素在高温中烧掉和有害气体杂质等的渗入,可以提高钢的质量。
高真空可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸,因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、X 射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中,以避免分子、电子和离子之间的碰撞。这个特性还可应用于真空镀膜 ,以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。
外层空间的能量传输与超高真空中的能量传输相似,故超高真空可用作空间模拟。在超高真空条件下,单分子层形成的时间长(以小时计),这就可以在一个表面尚未被气体污染前 ,利用这段充分长的时间来研究其表面特性,如摩擦、粘附和发射等。

物理实验室常见的真空应用有哪些?

物理实验室常见的真空应用有:真空抽滤器、废液抽取仪、旋转蒸发仪、真空干燥箱、冻干机等设备。

在实验室中用的较多的就是无油活塞式(多用于微生物检测)和耐腐蚀隔膜式(多用于化学实验室)两种,活塞式一般和真空抽滤、微生物检测、废液抽取、真空干燥箱等设备配套使用。耐腐蚀隔膜式一般和旋转蒸发仪、真空干燥箱、离心浓缩等配套使用。

非干式真空泵,例如油式真空泵、水循环真空泵。非干式真空泵共同点是它需要借助其他的物质(如水和油)达到理想的真空度,在实验室中使用最多的就是油旋片泵,一般和冻干机、真空干燥箱等配套使用。

真空泵的作用

真空泵的用途十分广泛,被应用在例如冶金、化工、食品、医药等多种工业生产及民生相关的行业中。除了工业生产等领域,真空泵也广泛的应用于各种化工及生物学实验室等领域。一般在实验室中使用的真空泵用途有两大类:真空抽滤及真空干燥。

真空抽滤一般搭配各种实验室真空过滤装置,如溶剂过滤器、砂芯过滤瓶、布氏漏斗过滤瓶、瓶顶式过滤器、微生物限度检测过滤装置、多联过滤器等等。简单地说就是利用真空泵、微型真空泵等能提供真空的设备,使固体、液体混合物等分离速度加快的一种应用。

真空抽滤常常被医疗、科研等进行试验时用到,所以一般情况下,体积庞大、噪音高、功耗高的大型真空泵并不合适,常用的是微型真空泵、小型真空泵。

真空干燥是利用低压状态下液体沸点降低,在常温下即能沸腾蒸发,从而使样品去水或溶剂等物质,从而达到样品浓度升高或结晶的方法。

膨化食物的真空包装,可以防止食物变质,延长食物保存时间。

真空灯泡,防止灯丝被氧化,延长使用寿命。

食品抽气真空袋的主要作用是除氧,以有利于防止食品变质,其原理也比较简单,因食品霉腐变质主要由微生物的活动造成,而大多数微生物(如霉菌和酵母菌)的生存是需要氧气的,而真空包装就是运用这个原理,把包装袋内和食品细胞内的氧气抽掉,使微物物失去“生存的环境”。

实验证明:当包装袋内的氧气浓度≤1%时,微生物的生长和繁殖速度就急剧下降,氧气浓度≤0.5%时,大多数微生物将受到抑制而停止繁殖。但是真空包装不能抑制厌氧菌的繁殖和酶反应引起的食品变质和变色,因此还需与其它辅助方法结合,如冷藏、速冻、脱水、高温杀菌、辐照灭菌、微波杀菌、盐腌制等。

真空除氧除了抑制微生物的生长和繁殖外,另一个重要功能是防止食品氧化,因油脂类食品中含有大量不饱和脂肪酸,受氧的作用而氧化,使食品变味、变质,此外,氧化还使维生素A和C损失,食品色素中的不稳定物质受氧的作用,使颜色变暗。所以,除氧能有效地防止食品变质,保持其色、香、味及营养价值。

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