真空的通俗定義是指空間中的壓力低于大氣壓力時所處的狀 態。這些壓力是由均勻分布在該空間中的氣體或蒸汽產生的。
真空的標準定義是“氣體在容器中的壓力及粒子密度低于周圍 環境大氣的壓力密度或者壓力低于300mbar。即:低于地球 表面的標準大氣壓力。
標準定義中規定的 300 mbar 的意義在考慮到氣壓公式時就變 得顯而易見了。 由于一定面積上氣柱的重量隨著高度增加而減 少,所以大氣壓力隨高度上升而下降。
公式 1-1: 氣壓公式
$p_h$ | 在高度 $h$ 處的氣壓 |
$p_0$ | 海平面的氣壓 = 1,013.25 mbar 或 101,325 Pa |
$g$ | 重力加速度 = 9.81 m s-2 |
$\rho_0$ | 0 °C 時海平面的空氣密度 = 1.293 kg m-3 |
如果為了簡化之目的,我們假設在海平面處的空氣密度、 重力加速度以及氣壓是恒定不變的,通過簡化,我們得出:
公式 1-2: 數值氣壓公式
從公式可以解出,氣體密度下降一半即 ph = p0 /2 所對應的 高度值是h1/2 = 5,548 m。換言之:高度每增加 5,548 km, 氣壓則減半。
如果公式中的高度值用珠穆朗瑪峰的高度代替, 我們得到的 壓力為 335 mbar,或用正規的 SI(國際單位制)單位表示 為 33,500 Pa 或 335 hPa。 這就解釋了標準定義中規定 300 mbar 作為地球表面最低氣壓的原因。
在本手冊中,我們將SI 單位 Pa 結合前綴(hecto)作為壓力單 位 (百帕),這樣就將符合標準的 SI 單位與歐洲常用的 mbar 數值等同起來。
在地球表面上方約 10,000 m 的客機巡航高度處, 氣壓已下 降至 290 hPa。氣象氣球上升至高達 30 km 的高度,此處的 壓力為 24 hPa。氣象衛星在高度約為 800 km 處沿太陽同步 極地軌道飛行。 此處的壓力已經下降到約 10-6 hPa。 離地球 越遠,壓力就會 變得越低。 目前發現的已知最低壓力存在于 星際空間。
在技術應用的范圍內,壓力并不是總用絕對值表述,而是對 于大氣壓力的相對值。低于大氣壓的壓力范圍可以表示為負 數或百分比。這方面的例子有液位壓力計、壓力表以及在氣 瓶、真空吸盤吊具和真空輸送系統中應用的減壓器。