科研实验、半导体制造、航空航天真空压力气氛控制方案 科研实验、半导体制造、航空航天真空压力气氛控制方案 针对用户提出的低气压试验箱中的真空度精密控制系统,以及1333Pa -133Pa / 133Pa-0.133Pa的宽域真空度控制范围,本文基于动态平街法提出了切实可行的决方案。决方案采用了上游控制和下游控制两路独立高精度的PID程序控制回路,基于不同量程的高精度电容真空计,分别调节进气电动针阀和排气电动球阀,可实现各种低气压环境试验箱中高精度真空压力控制。此解决方案已在多个真空领域得到应用,并可以达到+1%的高精度控制。 真空压力气氛控制方案主要应用于半导体制造、科研实验、航空航天、高精度仪器较准、真空炉和冶金、电子束和蒸发沉积、食品包装等行业。设备在高温、低温、不同气压及不同气氛环境下的真空测试。通过模拟不同环境来测试器件的电学性能参数。以达到在符合的气压、气氛条件下运输、使用的可行性。本文以1333Pa -133Pa/133Pa-0.133Pa压力下腔体内气氛环境的湿度测试为例,充分验证了该系统设备的可行性。 已知压力决定了这个空间能容下的最大液体质量,所以要测试腔体内的气体浓度就需要改变腔体内的压力。首先测试气氛环境下的湿度,要确保进入腔室内的不同气体的比例以及湿度。这里我们需要用到气体配比器和气体湿度控制器,可以精确的控制进入气体的大小和气体加湿。 其次需要先计算出需要的压力范围内气体的质量。用理想气体定律公式 PV=nRT计算摩尔数,再由摩尔数计算气体的质量。由真空泵来达到更低的真空度,通过变送器来控制压力的大小。最后使加湿过的气体通入到腔体内,测试器件的电学性能。此方案可以测试PPM甚至PPB级别的浓度。#气体配比 #湿度控制 #压力控制 #真空测试 #环境模拟
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66661周前
为了证明大爆炸是真实的,他们就需要找到这种光。到了1940年代,一位名叫安德鲁·麦凯勒的天文学家在研究太空中的酒精云时,测量了云周围真空空间的温度,他发现温度是2.3K,“那是什么?”他自己都不知道,当时测量的是大爆炸的余晖。与此同时,稳恒态模型基本上已经死亡了。 大爆炸理论的主要问题是“年龄问题”,它预测宇宙太年轻了,新的数据显示,最初到仙女座星系的距离计算有误,实际上它距离超过250万光年。因此,使用这些新数据,宇宙的年龄被预测为100到200亿年,年龄问题解决了,但要更精确,必须搞清楚宇宙微波背景辐射(CMB)。 巧合的是,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊无意间测量到一种太空杂音,这实际上就是宇宙微波背景辐射,测量温度为2.7K,他们因此获得了诺贝尔奖,大爆炸理论也得到了最后的证实。 而拍摄来自大爆炸本身的光,没过多久就实现了,20世纪80年代,NASA专门建造了拍摄宇宙微波背景辐射的航天器,到1990年,他们获得了所有需要的数据,并公布了宇宙微波背景辐射的全貌。人类看到了有史以来最完整的宇宙微波背景辐射图像,它证实了科学家们几十年来所怀疑的一件事。 在物理学中,有一种叫做“黑体”的东西,它是一个理想化的物体,能吸收所有的光,100%吸收,所有的能量都应该由这个物体以一种完全可预测的方式重新发射出来,它的光谱应该看起来像这样。根据物体的温度,这个形状可能会改变,但对于黑体来说,总会有一个完美的理论光谱形状。 他们预测,宇宙微波背景辐射应该具有这种完美黑体的特征,而这,就是有史以来观测到的最完美的黑体,以及对宇宙如何诞生的准确描述。 又到了“但是”的环节,大爆炸理论没问题吗?不完全是,还有三个巨大的问题悬而未决。 - 第一个被称为“视界问题”。我们已经以极高的精度绘制了宇宙微波背景辐射图,并测量了整个天空的温差,它几乎是完美的,无论你看向哪里,整个信号几乎都精确地是2.7K。问题是,根本没有足够的时间,让温度从宇宙的一端传递到另一端,让所有东西达到一个完全均匀的温度。 即使以光速传播,宇宙微波背景辐射中来自宇宙两端的两个点,也绝不可能在宇宙微波背景辐射光发射前的38万年内达到热平衡,这实际上需要数万亿年。你可能会认为,如果宇宙从一开始就完全均匀,问题就解决了,但如果真是这样,我们今天就不会看到这种抽象的星系分布。 - 第二个问
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#光速及波长 光在真空中的传播速度是宇宙中的极限速度,精确值为299792458米/秒,日常计算中通常取近似值3×10⁸米/秒。 光在不同介质中速度不同,会因介质折射率增大而减慢,例如在水中速度约为真空中的3/4,在玻璃中约为2/3。 光的波长是指光在一个振动周期内传播的距离,是描述光的空间周期性的核心物理量,单位通常为纳米(nm)。 不同波长的光对应人眼感知的不同颜色,可见光的波长范围为380nm-760nm,具体分布如下: - 红光:620nm-760nm - 橙光:590nm-620nm - 黄光:570nm-590nm - 绿光:495nm-570nm - 蓝光:450nm-495nm - 靛光:435nm-450nm - 紫光:380nm-435nm 波长小于380nm的是紫外线,大于760nm的是红外线,二者均不可见。 1. 波长与波速、频率关系:λ = c / f - λ:波长(单位:m) - c:光在真空中的速度(固定值,c = 3×10⁸ m/s) - f:光的频率(单位:Hz,赫兹) 例:红光频率约4.3×10¹⁴ Hz,代入得波长λ≈698nm,符合红光波长范围。 2. 光在介质中的波长修正:λ' = λ₀ / n - λ':光在介质中的波长 - λ₀:光在真空中的波长 - n:介质折射率(如空气n≈1.0003,水n≈1.33,玻璃n≈1.5) 关键结论:光从真空进入介质,频率不变,波长缩短。 光年(light-year, ly)是一个长度单位,而非时间单位,指光在真空中沿直线传播一年所经过的距离,是天文学中衡量天体间距离的核心单位。 其核心计算与应用如下: 1. 换算公式:1光年 = 真空光速(c)× 1年时间。代入具体数值可得,1光年≈9.46×10¹⁵米(或约9.46万亿公里)。 2. 典型应用:用于描述太阳系外天体的距离,例如离地球最近的恒星“比邻星”,距离约为4.22光年;银河系的直径约为10万-18万光年。
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66662周前
真空零点能理论在各种实验中已经得到了证实,最普遍的证据就是卡西米尔效应(在此不作解释,有兴趣的可以查阅资料),许多科学家做过这个实验,验证了真空零点能的存在。由此真空零点能成为科学界没有争议、普遍接受的存在。而大型强子对撞机通过接近光速的粒子对撞,重现了宇宙大爆炸百万分之一秒的状态,验证了大爆炸理论对大爆炸初期高温、高密度夸克胶子汤状态的描述。 那么为啥一个没有湮灭的虚粒子成为奇点就有那么巨大的能量,以至于演化成今天浩瀚的宇宙物质呢?研究发现,真空零点能本底能量异常强大。著名物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒估算零点能的密度高达10^95g/cm³。这是个什么概念?就是宇宙大爆炸刚开始的普朗克时间,宇宙只有一个普朗克尺度时,其密度为10^94g/cm³的10倍。 普朗克时间为10^-43秒,普朗克尺度为1.6×10^-35m,普朗克温度为10^32K。就是说宇宙大爆炸开始后的1000亿亿亿亿分之一秒,宇宙只有1600亿亿亿分之一米,温度为1亿亿亿亿K时,宇宙密度为10^94g/cm³。但真空本底能量1立方厘米就比宇宙初始整体能量大10倍。 而现在一些研究认为可观测宇宙总质量约为10^53g,只有真空零点能1个立方厘米的1/10^42,也就是100亿亿亿亿分之一。由此,这个奇点具有整个宇宙的能量就不奇怪了。至于为什么真空零点能的本底能量有这么大,这是量子力学里面很高深复杂的话题,我们吃瓜群众只要知道这很神奇但真实存在就够了,无需追根究底。 那么宇宙既然是大爆炸诞生,为啥没有中心呢?这个问题许多人迷惑,我解释过很多次还是迷惑。之所以有这个迷惑,是因为许多人都把宇宙爆炸想象成我们周围的事物,如一个爆竹或一个炸弹爆炸了,那个爆竹或炸弹爆炸点不就是中心吗?其实宇宙大爆炸可以想象成一个炸弹爆炸,但又不完全像炸弹这样爆炸,而是膨胀,可以理解为最开始的奇点膨胀成了今天的样子,有点像一个气球(当然是没有吹嘴的气球)或一个篮球。 而所有能量转化出来的物质,如星系和恒星都在球面上,而不是在球里面。这样所有的星系物质就像画在篮球或气球表面的各种图案或星星点点。在一个圆球表面,我们取任意一点向四周看,都是一样的,随着宇宙膨胀,这些星星点点的图案都会相互分得越来越开,但却没有中心,或者说任何一点都是中心。 就比如在地球表面,你说哪里是中心呢?是北京还是纽约,又或者说是巴黎?只有古代帝王
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66661周前
像声音在空气中传播的速度 光在真空中传播的速度 所以声速会变化 但真空的属性似乎是宇宙的基本常数 它是由真空的物理属性 但这又带来一个更深层的问题 为什么电容率和磁导率 目前物理学还没有完整的答案 也许在比我们已知的物理学 也许他们是从某种更基本的原理中 也许存在无数个平行宇宙 物理学数的组合不允许原子存在 我们之所以在这个宇宙中 这个宇宙的常数恰好允许我们存在 我们没有看到那些错误的宇宙 根本就没有人能去看 是目前物理学前沿的一种主流猜测 不管真相是什么 整个宇宙就会完全不同 光速变快一倍或者变慢一倍 但实际上 改变恒星的燃烧方式 一切生命都可能不复存在 宇宙的参数像是被精确调校过一样 还是背后有什么更深的道理 也许是物理学的终极谜题之一 我们来聊点刺激的 超光速旅行 那有没有可能绕过这个限制 还真的认真研究过这个问题 他们想出了好几种理论上可行的方案 筷子是一种假想的粒子 就像普通粒子永远比光慢一样 永远降不到光速以下 筷子是可以存在的 如果筷子存在 会陷入混乱 筷子大概不存在 第二种叫曲速引擎 真的写了一篇论文 你不需要让飞船跑的比光快 你自己没有动 曲速引擎就是这个原理 后面的空间膨胀 被空间带过去 飞船相对于周围的空间 飞船确实在以超光速移动 因为相对论说的是 可以在局部空间里超过光速 飞船在局部空间里并没有超速 听起来很美好 要制造这样的空间扭曲 或者奇异物质的东西 它们让空间弯曲成特定的形状 它会让空间以另一种方式弯曲 我们从来没有见过大量的负能量 量子力学确实预言在某些特殊条件下 但那点量连一只蚂蚁都推不动 更别说驱动一艘飞船了 还有一大堆其他问题 比如曲速泡的边缘会产生致命的辐射 进入和退出曲速泡的过程 曲速泡一旦形成 所以 大概还需要几百年 第三种叫虫洞 它就是一条时空中的捷径 想象一下 纸上原本相距很远的两个点 它连通的是三维空间中的两个点 在1935年就从广义相对论中 所以虫洞也叫爱因斯坦罗森桥 广义相对论的方程允许它存在 需要大量的负能量 虫洞会在任何东西穿过之前就闭合 还有另一个问题 虫洞的另一端在哪里 那进去就是找死 如果虫洞真的可以用来旅行 这就会导致刚才说过的因果悖论 宇宙可能有某种审查机制 霍金提出过一个持续保护猜想 任何可能导致时间旅行的情况发生 任何试图建造时间机器的尝试 这个猜想还没有被证明 似乎确实在极力避免时间悖论的出现
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人处于真空环境下会是什么情况? 当人体暴露于真空环境(如外太空或极端低压环境)时,会因缺乏大气压力和氧气在短时间内遭受严重伤害甚至死亡。以下是具体影响和时间线: 1. 立即反应(0-15秒) 缺氧与意识丧失: 真空环境下无法呼吸,肺部残留空气会迅速被排出。血液和大脑中的氧气在 10-15秒 内耗尽,导致意识丧失(但不会立即死亡)。 体液沸腾(Ebullism): 体液(如唾液、眼泪、皮下水分)在低压下会蒸发沸腾,但不会“爆炸”。皮肤和血管的弹性可暂时维持体内压力,但黏膜(如眼睛、口腔)可能出现肿胀或出血。 2. 短期伤害(30秒-2分钟) 皮肤与循环系统损伤: 全身肿胀(因体液气化),皮肤出现青紫(淤血)。极端低压可能导致毛细血管破裂,但皮肤仍能提供部分保护。 低温与冻伤: 太空的极端低温(约-270°C)因缺乏热对流,实际热量流失较慢,但暴露的皮肤可能冻伤。 减压病(Bends): 血液中的氮气形成气泡,阻塞血管或损伤组织(类似潜水员快速上浮的症状)。 3. 致命阶段(1-2分钟后) 心脏与器官衰竭: 缺氧导致心跳失常,2分钟内可能心脏停跳。大脑在4-6分钟后开始不可逆损伤。 肺部破裂: 若尝试憋气,肺部可能因内外压差撕裂。 存活可能性 短暂暴露可幸存: 实验表明,人类在 30秒-1分钟 的真空暴露后若及时加压救治,可能存活且无永久伤害。 长期暴露必致命: 超过2分钟几乎无法生还,因多器官衰竭和脑死亡。 常见误解澄清 身体不会爆炸:皮肤足够强韧,能维持基本结构。 不会瞬间冻结:热量在真空中只能通过辐射散失,过程较慢。 血液不会沸腾:封闭的循环系统能维持液体状态。 现实案例参考 航天事故:1971年苏联“联盟11号”3名宇航员因舱门泄漏暴露于近真空环境(约1分钟),最终因缺氧和减压病死亡。 动物实验:1960年代研究表明,狗在90秒真空暴露后复苏,但更长则不可逆。 防护措施 航天服或加压舱通过以下方式保护人体: 提供氧气:维持呼吸。 保持压力:约0.3-1个大气压(防止体液沸腾)。 温度调节:隔热层反射辐射热量。 总之,真空环境对人类极度危险,但短暂暴露(如1分钟内)仍有生存可
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