Д.В. Сивухин - Общий курс физики, Т2. Термодинамика и молекулярная физика (1106322), страница 7
Текст из файла (страница 7)
С этой целью капилляр заполняют газом. Давление газа может доходить до 70 атм. Чтобы выдержать такое давление. стенки капилляра должны быть толстыми. П!кала наносится на стенках самого капилляра путем травления. Другие жидкости, применяемые в термометрах.
отличаются от ртути прежде всего тем. что они смачивают стенки капилляра. В таких термометрах для предотвращения разрыва столбика жидкости капилляр должен наполняться газом всегда. а не только для измерения высоких температур. 3. В теумо.ветрах сопротоиленил термометрическим телом является проволока обычно из чистого металла, а иногда сплава; тсрмометрической величиной служит ее шюкгприческое совропгиеление.
Электрическое сопротивление металлов возрастает с повьннениом температуры. Отношение увеличения сопротивления при нагревании на один градус к сопротивлению нри 0'С называется темнероньурным коэффициентом сонротоолгитл. Для болыоинства чистых металлов (вблизи комнатной температуры) этот коэффициент равен нриморно 0.,4%. Линейная зависимость сопротивления металлов от температуры соблюдается только приближенно.
Отступления от нее особенно отчетливо проявляются при низких температурах. Поэтому термометры Температура )Гл. ! сопротивления имеют нелинейнук> шкалу и нуждаются в градуировке по газовому термометру. Наиболее употребительныл>и л>еталлал>и для термометров сопротивления являются чистые платина н медь. Пле>тииаоый терло иетр применяется в интервале температур примерно от 10 до 1100'С, медный, - - от температур жидкого водорода приблизительно до !20'С. Точность термометров сопротивления в различных температурных интервалах разная, ) (ля платинового терл>ометра (в интервале температур от 20 до 70 К) она составляет около 0,01 К, а при измерении малых разностей температур -- 0,001 К. Точность измерения температур медным термометром примерно па порядок меньше.
В термометрах сопротивления применяются и другие материалы, например никель (ниже точки Кюри, т. е. Зо8 'С), а также сплав железа с никелел> (около 70% никеля и 30>Уа железа) — ниже 0'С до 600'С. Для измерения низких температур (от 331 до 273 К) может использоваться термометр сопротивления из чистого индия. Конструкция термометра сопротивления может быть весьма разнообразной в зависимости от его предназначения. !!латиновый термометр обычно изготовляется из тонкой платиновой проволоки (диаметром 0,05 — 0,1 мм с сопротивлением при комнатной температуре )О— 100 Ом), закрепляемой на изоляционном каркасе из слюды (в технических термометрах), фарфора или кварца.
Концы проволоки соединяются медными проводами с измерительной схемой сопротивления, например с мостиком Уитстона (1802-1875). 4. Особым видом термометров сопротивления явпяк>тся палупрааод>тканые термометры. называемые также термосопратиалеи лми, или термиетарами. В них те>рмомегрическим телом служит полупроводник, например уголь или кристаллик германия. Угольные и германиевые термометры сопротивления применяются при тел>пера- турах ниже 20 К. Сопротивленио полупроводников убывает с повышением тел>первтуры. Их удельное сопротивление в десятки и сотни раз болыпе, чем у металлов. Температурный коэффициент сопротивления также примерно в 10 раз больше. Благодаря этому полупроводниковые термометры сопротивления при большой чувствичсльности могут ил>еть исключительно малые размеры.
Такими термометрами можно надежно измерять изменения температуры в тысячные доли градуса. 5. Многие металлы и сплавь> вблизи абсолютного нуля переходят из иармал>а>ага в саершира<юдлщее состояние, в котором их электрическое сопротивление обращается в нуль. Этот переход, однако, происходит настолько круто, что делает невозможным использование соответствующих материалов для устройства термометров сопротивления. Некоторое распространение в низкотемпературной термометрии получил термометр сопротивления из е)>осфористой бронзы, содержа|цей в качестве примеси несколько сотых процента свинца.
Здесь переход из нормального в сверхпроходящее состояние сильно растянут. Сопротивление падает почти линейно в температурном интервале от 7 до 1 К. 25) Виды термометров 29 6. О принципе устройства термопарных термометров уже говорилось выше. '1ермопарпый термометр состоит из двух проволок А и В, изготовленных из разнородных материалов и сваренных своими концами (см. рис. 1).
Если спаи имеют разные температуры, то в цепи термопары возникает электрический ток. Один из спаев, называемый споем сраипеппл, поддерживается при постоянной температуре, например, погружается в тающий лед. Эта температура называется опорной температурой. Другой спай. называемый люмеритахьпмм, приводится в тепловой контакт с телом. температуру которого надо измерить. В цепь термопары включается мпмливольтметр для измерения возникающей ЭДС. Но величине ЭДС судят о температуре рассматриваемого тела. Градуировка может быть выполнена.
например, с помощью газового термометра. При малой разности температур между сваями термо-ЭДС пропорциональна этой разности. Нрпнципиальная схема включения термопары показана на рис. 4. Разнородные проволоки термопары А и В изображены жирной и двойными линиями, медные провода С, идущие к милливольтметру, тонкими линиями. Любой из спаев 1 или й может быть использован в качестве измерительного или спая сравнения.
Необходимо, чтобги спаи проволок А и В с концами медных проводов С, а также места соединения последних с л1илливольтметром имели одинаковые температуры, так как в противном случае в цепи может появиться дополнительный термоэлектрический ток, искажающий показания приборов. На рис. 5 приведена более совершенная схема включения термопарного термометра. Спай сравнения В.й в сущности состоит из двух спаев: металла,4 с медью и металла В с медью.
Эти два сная поддерживаются при любой желаемой постоянной температуре. Термопары изготовляются как из благородных, так и неблагородных металлов. К последним относятся: 1) медьконстантановая термопара (применяется приллерно от — 200 до +350'С); 2) железоконстантановая термопара (от 0 примерно до 750'С); 3) хромольалюмелевая термопара (от — 200 до 1100'С):, )Гл. ! 30 Температура 4) хромельконстантановая те!змонара (от 20 К до 1000'С). (Сплав хромель содержит 90 е йй и 10% Сг: алюмель около !)4% х!!.
3% 54н, 2% А! и ! % 8!). К терьюнарам из благородных металлов относятся; 1) нлатинородиевая термопара (до '!400- 1600 'С); 2) нлатиноиридиевая термонара (до 1500"С); 3) иридийродиевая тсрмонара (до 2200'С). Особенно важное значение имеет илатинородиевая термонара. В этой термонаре один из проводников изготавливается из чистой платины, а другой из сплава 90% платины и 10% родня. Применяются также тсрмонары, оба проводника которых изготовлены из указанного сплава, но с различным содержанием платины и родня. Для измерения очень высоких температур (до 2600 — 3000'С) применяется вольфраморениевая термопара. При соответствующем выборе материала термопары могут обеспечить измерения в широком диапазоне температур (начиная приблизительно от 4 и почти от 3000 К) с высокой точностью (в некоторых случаях до х0,0! 'С) и высокой чувствительностью (до 100 мкВ,'К для металлических и 1 — 5 мкВ,'К для полупроводниковых термопар).
Они являются идеальными приборами для измерения относительно небольшой разности температур, которые в отдельных случаях могут быть найдены с точностью до х0,001'С. Среди прочих достоинств тгрмонары надо отметить простоту изготовления, малую тенлосмкость и малое время установления температурного равновесия. Недостатком тсрмонары является малая величина термо-Э)!С нри низких температурах. Термо-ЭДС уменьшается в понижении температуры и обращается в нуль нри абсолютном нуле.
Вместе с ней уменьшается и чувствительность тсрмонарного термометра. Так, например, чувствительность яаиболее часто применяемой в низкотемпературной области медьконстантановой термонары составляет ири комнатной температуре около 40. нри 90 К около 17. а нри 20 К вЂ” всего 5 ьчкВ7К. 7. Измерение очень высоких температур тысячи градусов и веяше наталкивается на ту очевидную трудность, что не существует тугонлавких термомотров, выдерживающих такис температуры. При достаточно высоких температурах все тела плавятся.
О температуре тел в этих случаях судят по испускаемому ими излучению. Роль тсрмометрического тела играет само излучающее тело, а термометрической величиш ~ — интенсианоспгь испускшмога ими излучения. Приборы, работающие на этом принципе, называются пиромегврами. Их устройство основано. таким образом, на закопал излучепил нагретых тел. Эти законы будут изложены в отделе оптики нашего курса (т.
1~'). 8. Измерение очень низких температур (ниже 1 К) также наталкивается на большие трудности. В этих случаях тепловой контакт термометра с охлаждаемым телом длительное время не приводит к установлению теплового равновесия между ними, Кроме того, многие термометричегкие величины, употребляемые нри измерении обычных 16) Чеаюдунаро<)ная приши ическая темпс7<атургьая гикала 31 температур, станокятся непригодными к области очень низких температур: давление газа становится неизмеримо малым, сопротивление перестает зависеть от температуры и т.
и. 11оэтому здесь о температуре охлаждаемого тела судят по изменению физических свойств салього тела, например магнитных. Однако на этом пути возникают серьезные и еще не совсем преодоленяые трудности, связанные с согласованием измеряемой таким образом температуры с термодинамичес кой шкалой телшератур. 8 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
