Cтраница 3
При наличии магнитных полей для измерения низких температур целесообразно применять угольные термометры сопротивления. У угольных термометров влияние магнитных полей в 15 Т изменяет их показания не более чем на 4 - 7 % для температур от 0 01 до 1 5 К. Угольные термометры сопротивления, так же как и германиевые, имеют отрицательный температурный коэффициент и изготавливаются из каменного угля путем специальной термообработки. Одним из главных достоинств угольных термометров является то, что их коэффициент преобразования практически обратно пропорционален температуре. Для малых объектов применяют пленочные угольные термометры сопротивления, изготавливаемые путем нанесения слоя койлйидното раствора графита на подложку или непосредственно на поверхность объекта. К числу недостатков угольных термометров следует отнести нестабильность их градуировочной характеристики. [31]
Выше было рассмотрено использование в термометрии по сопротивлению электронных полупроводников и других материалов, свойства которых сходны со свойствами полупроводников. Основное внимание уделялось изучению их поведения при температурах ниже 20 К, так как в этой области температур ощущается нужда в термометрах, которые могли бы служить таким же практическим стандартом, каким платиновый термометр является при температурах выше 20 К. Угольные термометры типа радиосопротивлений фирмы Аллен - Брэдли обладают большинством необходимых для этого свойств. Однако для некоторых лабораторных исследований необходимы термометры с другими характеристиками. [32]
При температурах выше температуры жидкого азота термопары более чувствительны, чем термометры сопротивления. При понижении температуры чувствительность термопар значительно снижается. Преимуществом термопар перед угольным термометром является быстродействие, обусловленное их малой массой. Чувствительность таких термопар, как сплав золото - f - кобальт ( 2 11 % Со) - медь [101], золото железо ( 0 02 - 0 03 % Fe) - медь [102], золото кобальт ( 2 1 % Со) - серебро золото ( 0 37 % Аи) [103], меняется от - 0ОГ К при гелиевых температурах до - 0 1 К при 300 К. Столь хорошая стабильность, как правило, может быть достигнута только при использовании регуляторов температуры. Крейг [87] описывает электронный регулятор с обратной связью ( рис. 2.17), при помощи которого температура может поддерживаться с точностью до 0 01 в области гелиевых температур и приблизительно в 4 раза менее точно вблизи комнатной температуры. [33]
Если калориметр предназначен для измерения теплоемкостей до 4 - 5 К ( температура жидкого гелия), то измерение температуры в интервале 4 - 10 К представляет собой отдельную задачу. Иногда и в этом интервале для измерения температуры используют платиновый термометр сопротивления, однако его чувствительность в этой области очень мала. Чаще всего для этой цели применяют угольные термометры. Очень хорошие показатели для измерения температуры в таком интервале дают германиевые термометры, но они пока еще мало распространены и при измерениях теплоемкости не использовались. [34]
Позднее Джебалл и Джиок [66] провели исследования в области температур выше 0 25 К. Вновь было найдено, что соль не подчиняется закону Кюри, однако из полученных результатов следовало, что в интервале между 1 и 8 К удовлетворяется закон Кюри-Вейсса со значением в, полученным Бензи и Куком. Для калориметрических измерений к образцу соли был прикреплен вспомогательный угольный термометр. [35]
Позднее Джебалл и Джиок [ ( 5 ( 5 ] пропели исследования в области температур выше 0 25 К. Вновь было найдено, что соль не подчиняется закону Кюри, однако из полученных результатов следовало, что в интервале между 1 и 8 К удовлетворяется закон Кюри-Вейсса со значением И, полученным Бепзн и Куком. Для калориметрических измерений к образцу соли был прикреплен вспомогательный угольный термометр. [36]
Два образца титана были исследованы Стилом и Хейном [258]; первый образец состоял из небольших кусочков проволоки, спрессованных вместе с солью в блок, а второй представлял собой стержнеобразный кристалл. Эксперименты были проведены на приборе, очень сходном с прибором, схематически изображенным на фиг. К ввинчивающейся части был прикреплен второй держатель, предназначенный для угольного термометра, служившего для контроля теплового контакта с солью. Поскольку образцы не были подвергнуты отжигу, их твердостьне очень сильно отличалась от твердости материала, использовавшегося Смитом, Гейджором и Доунтом. [37]
Эксперименты были проведены па приборе, очень сходном с прибором, схематически изображенным на фиг. К ввинчивающейся части был прикреплен второй держатель, предназначенный для угольного термометра, служившего для контроля теплового контакта с солью. Поскольку образцы не были подвергнуты отжигу, их твердость не очень сильно отличалась от твердости материала, использовавшегося Смитом, Гейджером и Доуитом. [38]
При водородных температурах Побелел. При утих температурах могут быть также использованы угольные сопротивлении; например, Олсен п Рен-топ [134], применяя угольные термометры, которые наносились прямо на образец, продолжили измерения теплопроводности статическим: методом вплоть до 0 4 К. [39]
В этой области темп-р удобны угольные термометры сопротивления, изготовленные из каменного угля, подвергаемого спец. Основной недостаток угольных термометров - их нестабильность: после каждого нового цикла отогрева и охлаждения градуировка их может измениться ( иногда до неск. Ведутся интенсивные работы по созданию более стабильных термометров для промежуточных томп-р; наиболее перспективны в этом отношении германиевые термометры. Угольные термометры применяются и в области гелиевых темп-р, вплоть до самых низких. Широко применяют в области гелиевых темп-р также проволочные термометры из фосфористом бронзы ( см. Бронзовый термометр), содержащей небольшое количество свинца, переходящего в сверхпроводящее состояние. Недостатки бронзовых термометров - сильная зависимость от магнитного ноля и величины измерительного тока. [40]
Угольный термометр сопротивления имеет высокое удельное электрическое сопротивление и значительный отрицательный температурный коэффициент. Чувствительным элементом угольных термометров являются стержни из графита или углей. Графит не изменяет своих свойств при высоких температурах, поэтому такие термометры применяют для измерения температур до 2300 К. Угольный термометр не чувствителен к магнитным полям. [41]
При наличии магнитных полей для измерения низких температур целесообразно применять угольные термометры сопротивления. У угольных термометров влияние магнитных полей в 15 Т изменяет их показания не более чем на 4 - 7 % для температур от 0 01 до 1 5 К. Угольные термометры сопротивления, так же как и германиевые, имеют отрицательный температурный коэффициент и изготавливаются из каменного угля путем специальной термообработки. Одним из главных достоинств угольных термометров является то, что их коэффициент преобразования практически обратно пропорционален температуре. Для малых объектов применяют пленочные угольные термометры сопротивления, изготавливаемые путем нанесения слоя койлйидното раствора графита на подложку или непосредственно на поверхность объекта. К числу недостатков угольных термометров следует отнести нестабильность их градуировочной характеристики. [42]
Влияние магнитного поля может быть описано при помощи формулы Фрица и Джиока, приведенной выше. Адсорбция небольшого количества газообразного гелия увеличивала сопротивление, однако при приближении к давлению насыщенного пара было обнаружено небольшое уменьшение сопротивления. Описанные выше угольные термометры вполне удовлетворительны с точки зрения работы при низких температурах, и единственный их недостаток состоит в необходимости новой градуировки в каждом новом гелиевом эксперименте. [43]
Влияние магнитного поля может быть описано при помощи формулы Фрица и Джпока, приведенной выше. Адсорбция небольшого количества газообразного гелия увеличивала сопротивление, однако при приближении к давлению насыщенного пара было обнаружено небольшое уменьшение сопротивления. Описанные выше угольные термометры вполне удовлетворительны с точки зрения работы при низких температурах, и единственный их недостаток состоит в необходимости новой градуировки в каждом новом гелиевом эксперименте. [44]
Камера Е с солью заполняется жидким гелием. В верхней части эта камера закрыта топкой диафрагмой, в которой проделано небольшое отверстие. Начальная температура размагничивания может быть понижена ( в этом случае ниже температуры внешнего криостата) путем откачки гелия в камере Е, но наличие неизвестного количества гелия, находящегося в тепловом контакте с образцом, может привести к некоторым трудностям, особенно в случае калориметрических измерений. В приборе из пластмассы угольный термометр расположен на стенке /, а пространство для образца / заполнено гелием, служащим для осуществления теплового контакта. [45]