真空的获得和测量(2)
《半导体物理实验》课程教学大纲
《半导体物理实验》课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：半导体物理实验所属专业：电子材料与器件工程专业本科生课程性质：专业必修课学分: 4（二）课程简介、目标与任务；本课程是为物理科学与技术学院电子材料与器件工程专业大四本科生所开设的实验课，是一门专业性和实践性都很强的实践教学课程。
开设本课程的目标和任务是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制坚定基础。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；由于是实验课，所以需要学生首先掌握《半导体物理》和《半导体器件》的基本知识，再通过本课程培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践能力。
其具体要求包括：1、了解半导体材料与器件的基本研究方法；2、理解半导体材料与器件相关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作；3、通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的主动性。
开设本课程的目的是培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能。
（四）教材与主要参考书。
教材：《半导体物理实验讲义》,自编教材参考书：1. 半导体器件物理与工艺(第三版)，施敏，苏州大学出版社，2. [美]A.S.格罗夫编,齐健译.《半导体器件物理与工艺》.科学出版社，1976二、课程内容与安排实验一绪论1、介绍半导体物理实验的主要内容2、学生上课要求，分组情况等实验二四探针法测量电阻率一、实验目的或实验原理1、了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2、了解的四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3、能对给定的薄膜和块体材料进行电阻率测量，并对实验结果进行分析、处理。
二、实验内容1、测量单晶硅样品的电阻率；2、测量FTO导电层的方块电阻；3、对测量结果进行必要的修正。
三、实验仪器与材料四探针测试仪、P型或N型硅片、FTO导电玻璃。
真空技术基础
第二节 主要吸附剂
其他吸附剂：沸石、硅藻土、 活性氧化铝等。
● 沸石：是一网架状铝硅酸盐火山岩 矿物。由于含有移动性较大的氧离子和 水分子，可进行阳离子交换和吸附性 质。 （1）可对有机物吸附去除（水中极性分 子更易被去除）； （2）通过离子交换去除水中氨氮，并可 再生处理； （3）可作为水质软化、去除水中重金属 离子，可用食盐水再生。
第二节 主要吸附剂
主要的吸附剂
● 硅藻土：硅藻土是一种硅质岩石，主要分布在中国、美国、丹麦、法 国等国 。 硅藻土由无定形的SiO2组成。硅藻土通常呈浅黄色或浅灰色，质软， 多孔而轻，工业上常用来作为保温材料、过滤材料、填料、研磨材料、 水玻璃原料、脱色剂及催化剂载体等。 性能：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化 学稳定性，被广泛用于冶金、化工建材、石油、食品、环境保护等工 业。 用水冲洗既可再生。
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固体对气体的吸附及气体的脱附
气体的脱附是气体吸附的逆过程。通常把吸附在固体表面 的气体分子从固体表面被释放出来的过程叫做气体的脱附。 一般地，影响气体在固体表面吸附和脱附的主要因素是
气体的压强、固体的温度、固体表面吸附的气体密度以
及固体本身的性质，如表面光洁程度、清洁度等。当固 体表面温度较高时，气体分子容易发生脱附，对真空室 的适当烘烤有利于真空的获得就是利用这个道理。
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压力范围和真空泵
真空度可分为：
气流种类 真空状态 真空压力 特性分析 应用范围
黏滯流(Viscous flow)
初真空： 10 Pa~105 Pa
10 Pa~105 Pa
气体分子间因黏 滯力作用，气体 工业应用（包装） 运动有方向性， 此方向与抽气方 向相同 真空度在106Torr以内时， 水汽占70%90%
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量实验报告真空获得与测量实验报告引言：真空技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域具有重要的应用价值。
为了获得高质量的真空环境，科学家们进行了一系列的实验研究。
本实验旨在探究真空获得的方法和真空度的测量。
一、真空获得的方法1.机械泵机械泵是最常用的真空获得装置之一。
它通过机械运动将气体从容器中抽出，从而降低压力。
机械泵适用于中低真空范围，操作简便，但不能获得高真空。
2.扩散泵扩散泵是一种能够获得高真空的装置。
它通过将气体分子扩散到高速运动的喷嘴上，再通过冷凝或吸附的方式将气体排出。
扩散泵在高真空实验中具有广泛应用，但需要较长的预抽时间。
3.离心泵离心泵是一种利用离心力将气体从容器中排出的装置。
它适用于高真空获得，具有较高的抽速和较短的预抽时间。
离心泵广泛应用于科学研究和工业生产领域。
二、真空度的测量1.毛细流量法毛细流量法是一种常用的真空度测量方法。
它利用毛细管中气体流动的特性来测量真空度。
通过测量气体经过毛细管的流量和压差，可以计算出真空度的大小。
2.热导法热导法是一种基于热传导原理的真空度测量方法。
它利用热传导的速率与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加热一个导热体，测量导热体的温升和导热速率，可以计算出真空度的数值。
3.离子化法离子化法是一种基于气体分子电离的真空度测量方法。
它利用电离电流与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加入一个电离器，测量电离电流的大小，可以计算出真空度的大小。
结论：通过本次实验，我们了解了真空获得的方法和真空度的测量方法。
机械泵、扩散泵和离心泵是常用的真空获得装置，分别适用于不同的真空范围。
毛细流量法、热导法和离子化法是常用的真空度测量方法，各有优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的真空获得装置和真空度测量方法，以获得高质量的真空环境。
参考文献：[1] 朱玉涛, 梁军. 真空技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.[2] 陈伟, 张磊. 真空技术实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2019.[3] 李明, 王丽. 真空度测量方法的比较与分析[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(4): 1-8.。
兰州大学近物实验考题
近物实验面试考题试题（朋兴平；三个实验 17题）真空镀膜1．真空镀膜原理；2．加热烘烤基片对膜的质量有什么影响？3．基片性能、蒸发速度、蒸发时的真空度以及蒸发源与基片之间的距离等因素对膜的质量有什么影响？4．轰击的物理作用？5．真空镀膜的实验操作过程霍尔效应1.什么是霍尔效应；2.若导体中同时有两种极性的载流子参与导电，其综合霍耳系数比单一载流子导电的霍耳系数是增大还是减小，为什么？3.如何分离霍尔效应与其它效应？4.霍耳系数误差因子0.69的说明？5.实际测量与理论相差的原因？红外分光测量1．产生红外吸收的条件是什么？是否所有的分子振动都会产生红外吸收铺？为什么？2．以亚甲基为例说明分子的基本振动形式。
3．何谓基团频率？它有什么重要性及用途？4．红外光谱定性分析的基本依据是什么？简述红外定性分析的过程。
5．影响基团频率的因素有哪些？6．何谓“指纹区”？它有什么特点和用途？7．已知HCl在红外光谱中吸收频率为2993cm-1，试求出H-Cl键的键力常数。
红外光谱的用途？一. 真空的获得与测量（宋长安二个实验19个题）06.61．低真空获得过程中，用火花枪激发玻璃系统，呈现出紫色、分红色说明什么？2．低真空获得过程中，加热或激发被抽容器，压强升高说明什么？3．激发或加热“热偶规”，压强减小说明什么问题？4．低真空测量过程中压强起伏说明什么？5．扩散泵油间歇沸腾的物理原因是什么？6．前级泵能否将扩散泵油蒸汽抽走？为什么？7．如何观察扩散泵油蒸汽流的喷发射程？8．简述气体分子在高真空下的扩散过程。
9．突然停电或者结束机械泵的工作时，必须要做什么？10.操作高真空的测量。
二. 汽液两相制冷机1．F12冷凝器中发生的物理过程？2．F12蒸发器中发生的物理过程？3．环境温度对制冷机的影响？4．制冷剂用量对制冷效果的影响？5．工质的命名与定义？6．在什么情况下，压缩机吸气管会结霜？7．升温曲线可说明那些问题？8．制冷机的构成及其工作原理？9．循环制冷在压焓图能说明些什么？10.在实际应用中，制冷剂多或者缺少时如何解决？近物实验试题（ X衍射）（宋大康1个实验16个）1. 实验室里产生x-ray的必要条件是什么？2. x-ray谱包含哪两种谱线？3. Cukα1的波长是1.54056A,它与所加电压大小有无关系？为什么？4. 晶体与非晶体的本质区别是什么？5. 在三维坐标中画出（221）晶面的示意图。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量一、实验目的1．掌握高真空的获得和测量的基本原理及方法；2．了解真空玻璃系统的结构；熟悉真空泵、真空计的原理二、实验仪器DH2010型多功能真空实验仪（机械泵、扩散泵、真空腔、真空计、各类计量工具）三、实验内容1.使用抽真空设备，获得高真空环境；2.使用真空计进行真空测量；3.利用有限条件估算真空泵的抽气速率。
四、实验步骤因为涉及到使用较大功率的电源，多种真空泵的组合使用，以及高温加热装置，因此在操作设备进行放电实验前，需要教师指导相关的安全须知。
在实验中，操作应要严格按照以下步骤进行：左侧为油扩散泵和真空腔体，右侧为真空系统操作和真空检测复合控制面板。
1.检查仪器的冷却水，气路是否连接正确；2.关闭真空腔的泄气阀；3.打开冷却水系统，打开真空系统总电源，打开真空计电源；4.将工作状态拨键调节至“机械泵”,打开机械泵，对真空腔进行抽气；5.观察真空计(热偶规)示数达到稳定，即机械泵工作效率达到极限，先将工作状态拨键调节至“扩散泵”,在将扩散泵同真空腔之间的阀门打开；6.扩散泵接入至真空系统内，机械泵持续工作，对扩散泵的空间进行抽气；7.观察真空计(热偶规)示数再次达到稳定，将工作状态拨键调节至“扩散泵工作”,按加热键；8.检查加热炉是否正常工作，确认正常后将加热炉缓慢上升接近扩散泵；9.加热炉加热扩散泵，观察真空计(电离规)示数，并记录真空计的示数变化，每10S记录一个值，直至真空计示数不再变化；10.完成数据记录后，关闭真空计(电离规)电源，再按加热键，停止加热，并将加热炉缓慢下降，将工作状态拨键调节至“扩散泵”;11.关闭扩散泵同真空腔之间的阀门后，将工作状态拨键调节至“机械泵”;12.待腔体彻底冷却后，关闭总电源，关闭冷却水系统；13.记录真空腔体的体积，并根据所记录的数据，对扩散泵的抽气速率进行计算。
实验必须由指导教师在的情况下进行，确保实验过程安全、顺利。
五、数据处理方法一：利用公式S=−V lnP2/P1t2−t1粗略求得平均抽气速率。
真空的获得与测量实验报告
真空的获得与测量实验报告真空的获得与测量实验报告引言：真空是指在一定空间内没有气体分子的状态。
在科学研究和工业生产中，真空的获得和测量是非常重要的。
本文将探讨真空的获得和测量方法，并介绍相关实验的结果和分析。
一、真空的获得方法1. 抽气法抽气法是最常见的获得真空的方法之一。
实验中，我们使用了一台真空泵，通过泵的作用将容器内的气体抽出，从而形成真空环境。
实验中，我们选择了机械泵和分子泵的组合，以提高抽气速度和真空度。
2. 管道密封法管道密封法是指通过对容器进行密封，防止气体进入或逸出，从而形成真空环境。
在实验过程中，我们使用了高质量的密封材料，如橡胶密封圈和金属密封垫片，以确保容器的密封性。
二、真空的测量方法1. 粗真空测量粗真空是指真空度较低的状态，通常用毫米汞柱（mmHg）或帕斯卡（Pa）来表示。
实验中，我们使用了粗真空计来测量真空度。
粗真空计基于压力的测量原理，通过测量气体分子对容器壁的撞击力来确定真空度。
2. 高真空测量高真空是指真空度非常高的状态，通常用帕斯卡（Pa）或托（Torr）来表示。
实验中，我们使用了离子计和热导计来测量高真空。
离子计基于气体分子电离的原理，通过测量电离电流来确定真空度。
热导计则基于气体分子传导热量的原理，通过测量传导热量的变化来确定真空度。
三、实验结果与分析在实验中，我们成功地获得了粗真空和高真空环境，并使用相应的测量仪器进行了真空度的测量。
实验结果显示，通过抽气法和管道密封法，我们可以获得不同程度的真空环境。
在粗真空测量中，我们使用了粗真空计进行测量。
实验结果显示，真空度随着抽气时间的增加而增加，但在一定时间后趋于稳定。
这表明，通过抽气法可以获得一定程度的真空度，但无法达到高真空的状态。
在高真空测量中，我们使用了离子计和热导计进行测量。
实验结果显示，离子计和热导计的测量结果相近，并且真空度随着抽气时间的增加而逐渐增加。
这表明，通过抽气法和使用适当的测量仪器，我们可以获得较高的真空度。
真空技术(vacuum technique)教材
真空系统
真空系统概念
• 真空系统是由真空泵、真空计、真空阀门、冷阱及真空 管道等组合而成的，是具有所需抽气功能的装置。
真空系统
真空系统应满足下列基本要求：
• 1、应能达到一定的极限真空和工作真空。 极限真空是指系统无漏气时所能达到的最低压强，它是 真空系统的一个重要性能指标。一般说来，极限压强越 低的真空系统越好。工作真空是进行某种工艺过程时所 能维持的真空。在工艺处理过程中，往往要放出大量的 气体，因此工作真空低于系统的极限真空。
真空系统
真空系统应满足下列基本要求：
• 2、有较大的有效抽速 • 3、具有适宜的气氛 • 4、此外，真空系统还要求结构简单、牢靠、操作维修方 便、价格便宜等。
真空系统
真空系统的材料
• 真空系统所用的材料，大致可分为结构材料和辅助材料 两类。结构材料是构成真空系统主体的材料，它将真空 与大气隔开，承受着大气的压力，一般是金属和玻璃。 辅助材料通常是指弹性体、绝缘体和真空油脂等。
真空系统
真空阀门
• 真空阀门是一种用来改变气流方向或控制流量大小的部 件，在真空系统中起着重要作用。
真空系统
真空阱
• 真空阱可分为机械阱、吸附阱和液氮冷阱，在低真空、 高真空系统中都可应用。在低真空系统中主要用来阻挡 和吸附来自机械泵的油蒸汽，防止油蒸汽污染真空系统； 在高真空和超高真空系统常将真空阱置于扩散泵入口的 上方用来吸附和阻挡扩散泵的油蒸汽返流到真空容器， 同时也吸附真空系统中的水和其它物质的蒸汽，以获得 所需要的清洁真空。冷阱是利用低温壁来捕集油蒸汽和 其它蒸汽，其效果取决于冷阱结构和冷剂的温度，温度 越低效果越好。
真空系统
操作注意事项
• 操作中需要尽可能避免或减少油蒸汽的污染，使真空系 统经常处于清洁、良好的状态，严格操作规程，防止故 障发生。 • （1）泵工作液的选择 • （2）设计机构的考虑 • （3）定期维护吸附阱 • （4）控制预抽压强减少机械泵油蒸汽的返流 • （5）气体净化 • （6）供给冷阱液时呀把气阀打开，放出温度较高的气体 以防冷阱温升，释放出已吸附的蒸汽物质。 • （7）定期检查机械泵油的油位，防止油量不足而降低泵 的性能 。 • （8）停机后要对机械泵放气，防止回油。
真空测量的种类及各种真空计的原理
真空测量的种类及各种真空计的原理（1）1.什么是真空测量真空测量就是真空度的测量，而真空度是指低于大气压力的气体稀薄程度。
以压力表示真空度是由于历史上沿用下来的，并不十分合理。
压力高意味着真空度低；反之，压力低与真空度高相对应。
全压力测量1.U型管真空计结构最简单的测量压力的仪器，它通常是用玻璃管制成，其工作液体有多种，通常为水银。
管的一端与待测压力的真空容器相连，另一端是封死的或开口与大气相通，以U型管两端的液面差来指示真空度。
U型管真空计的测量范围为105～10Pa。
它是一种绝对真空计。
(1)开式U型管真空计：将U型管内充入适量的工作液(如水银)，一端开口接大气(即环境大气压p0)，另一端与被测真空系统相连接(待测压力p)如图1所示。
其压力计算公式如下p = p0 - ρgh (1)式中p ——待测压力p0——环境大气压力h ——两液面高度差ρ——工作液密度g ——重力加速度(2)闭式U型管真空计：如图2所示，把管内预先抽至压力为10-1Pa以下，然后将工作液(如水银)注入管内，其开口端与待测真空系统相连接。
当真空系统抽气前，真空系统内的压力等于环境大气压力，则工作液充满封闭端形成最大液面差h0；当系统抽气到某一瞬间时，两端液面处于液面静压力平衡时，则待测压力值可用下式求得(忽略封闭端内压力对液面的影响)：p = ρgh (2)2.弹性元件真空计利用弹性元件在压差作用下产生弹性变形的原理制成的真空测量仪表称为弹性元件真空表。
在结构和外形上与工业用压力表类似，一般用于粗真空(102～105Pa)的测量。
根据变形弹性元件分类，这类真空计通常有弹簧管式、膜盒式和膜片式，其结构如图3所示。
弹性元件真空表性能稳定，其测量范围一般为102～105Pa，精度有0.5级、1.5级和2.5级数种。
在工业生产中有些设备需要既测量正压(高于一个大气压)，也要测量负压(低于一个大气压，即真空状态)，因此制成的弹性元件压力真空表，在同一条表盘刻度上同时刻有正压力和真空度。
真空的获得与测量实验报告
近代物理实验报告真空的获得与测量学院班级姓名学号时间真空的获得与测量【摘要】本实验是运用包括机械泵，油扩散泵等器材制造一个真空的环境，并通过真空计来测量所获得真空的真空度的过程。
在真空实用技术中，真空的获得和测量是两个最重要的方面，而且在运用技术的过程中，真空获得的设备和测量仪器是必不可少的。
【关键词】真空泵，真空计，测量【引言】1643年，意大利物理学家托里拆利(E.Torricelli)首创著名的大气压实验，获得真空。
1654年，德国物理学家葛利克发明了抽气泵，做了著名的马德堡半球试验。
真空技术在工业生产和科学研究中广泛的应用。
真空技术主要包括真空的获得、测量和检查漏气等方面的内容。
真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。
在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。
事实上，在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出，使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为真空或真空状态。
1真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。
目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。
【实验方案】一、实验原理1．真空的获得真空的获得主要靠真空泵来实现，本实验用机械泵作为主要的真空泵进行实验。
机械泵利用机械旋转产生吸气和排气的过程来获得真空。
常用的是旋片式机械泵。
排气阀采用油封，油在工作室的内表面形成油膜，有利于润滑和A点的密封，但同时也会形成油的蒸气压，限制了机械泵的真空度，并有可能污染真空系统。
为了放置油污染，防止气体倒流，当系统工作一段时间后需要停机，应先关断进气管上的阀门，保持抽气状态，然后给进气管放气，最后才能给机械泵断电。
机械泵的极限真空度为10-1Pa。
当达到极限真空度时，抽气和漏气的速度相等。
真空度不再变化。
油扩散泵是利用气体的扩散性质制作，将扩散泵油加热到沸腾温度，产生大量油气，经过导流管喷出，接着冷凝，重新变成油，返回到蒸发器，气体被机械泵抽走，如此反复，达到连续抽气的目的。
薄膜制备技术：第二部分 真空技术基础-田民波详述
真空区域的划分
薄膜制备和分析技术对于真空度要求 真空蒸发沉积需要高真空和超高真空范围（<10-3 Pa）; 溅射沉积需要中、高真空（10-2 ~ 10-5 Pa）; 低压化学气相沉积需要中、低真空（10~ 100 Pa）; 电子显微技术维持的分析环境需要高真空; 材料表面分析需要超高真空。
稀薄气体的基本性质
经过n个循环后
当泵室体积大，被抽容积小时，即ΔV/V 越大， V/(V+ΔV)n→0越快，Pn →0越快。 但n→∞时Pn →0。实际上不可 能，有一极限值，因为泵结构 上存在“有害空间→ 出气口与 转子密封点之间的极小空隙空 间。1处的气体不能被排走， 会穿过2点，回到吸气侧。
旋片式机械真空泵
每秒转子转m次，则t秒转 n=mt，这时待抽空间的 压强为Pt：
分子泵 钛升华泵
气体捕获泵 溅射离子泵
低温冷凝泵
真空的获得
几种常用真空泵的工作压强范围
旋片式机械真空泵
旋片泵结构示意图
旋片泵工作原理图
旋片式机械真空泵
若待抽真空室体积V，初始压强 初始压强P0，旋转一周排 出气体体积为ΔV，根据 根据P1V1= P2V2，有
转到第二周时，P1作为P0
旋片式机械真空泵
分子束的反射
碰撞于固体表面的分子，它们飞离表面的方向与原入射方 向无关，并按与表面法线方向所成角度 角度θ的余弦进行 分布，则一个分子在离开其表面时，处于立体角dω(与表面 法线成 与表面法线成θ角)中的几率是：
稀薄气体的基本性质
余弦定律的意义： （1）它揭示了固体表面对气体分子作用的另一个方 面，即将分子原有的方向性彻底“消除 ,均按余弦定 律散射； （2）分子在固体表面要停留一定的时间，这是气体分子能够
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实验简介
目前真空技术的应用已十分广泛，光学、微 电子学、电子计算机、超导等方面需要用 真空镀膜；医药工业和电气工业需要真空 冷冻干燥；化工冶金、焊接、热处理等也 要真空技术；在原子能、可控热核反应、 电子显微技术、质量分析仪、表面物理方 面真空技术也是必不可少；真空技术已成 为物理学的基本手段和必备的知识。
3.开动机械泵后，启动计时秒表，每隔30秒记 录一个压强值。
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4.测量P－t关系曲线并求粗真空下的机械泵的 抽速。
5．观察真空中木块与羽毛的落体现象。
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五、思 考 题
1.放大气入系统时,放气要缓慢,为什么? 2.热偶真空计的原理是什么？
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2．真空的测量
真空计是测量真空系统中气体压强的仪器， 种类很多，这里介绍的复合真空计是常见 的一种，复合真空计是由温差电偶真空计 与热阴极电离真空计组合而成。
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四、实验内容
1.开启仪器后，仪器显示真空度。
2.实验用的真空系统原已保持一定真空真,开 动机械泵（接通马达电源）前,应缓慢地将 大气放入系统。
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一、实验目的
1．学习高真空的获得与测量方法。 2．熟悉有关设备和仪器的使用方法。
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二、实验仪器
1. 真空装置 2. 机器泵
机器泵
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3.真空计
一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
三、实验原理
1．真空的获得 获得真空用真空泵。真空泵按工作条件的不 同分为两类：能够在大气压下工作的真空 泵称为初级泵（如机器泵），用来产生预 备真空，需要在预备条件下才能工作的真 空泵称为次级泵（如扩散泵），次级泵用 来进一步提高真空度，获得高真空。