残余气体对扭秤Q值的影响研究

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扭秤作为一种主要的弱力精密检测工具被广泛地应用于万有引力和电磁力等弱力的精密测量以及材料特性研究等诸多研究领域。两百年来扭秤实验技术得到了不断的发展与完善,但是仍然有很多因素影响其精度,其中残余气体就是一项很显而易见的误差。   在十分稀薄的气体里,分子平均自由程较之物体的尺寸大得多,这时就没有边界层可言了。从物面上重新发射出的分子直到远离物体以前不会和自由流的分子相碰撞。所以自由流的速度分布可以不顾物体存在的影响是已知的平衡Maxwell分布。   本文从稀薄气体理论出发,基于来流分子在表面一部分为完全漫反射,而其余部分为完全镜面反射的模型之上。考察气体相对于物体的流动。本文分别计算了长方体、圆柱体和圆盘受到来流的阻力作用并算出其对扭秤品质因素的影响,总结得到一个通用的表达式,通过分析得出残余气体对扭秤Q值的影响与压强、气体分子质量成反比,与扭秤的固有频率和温度成正比。在现有实验压强10-5pa下,扭秤周期为几百秒的条件下,残余气体的品质因素在之间,确定了残余气体对扭秤的Q值的影响可以忽略不计。
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