Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
1) платинородиевая термопара (до 1400—1600 °С);
2) платиноиридиевая термопара (до 1500 °С);
3) иридийродиевая термопара (до 2200 °С).
Особенно важное значение имеет платинородневая термопара. В этой термопаре один из проводников изготовляется из чистой платины, а другой — из сплава 90% платины и 10% родия. Применяются также термопары, оба проводника которых изготовлены из указанного сплава, но с различным содержанием платины и родия. 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 до 3000 К) с высокой точностью (в некоторых случаях до ±0,01 °С) и высокой чувствительностью (до 100 мкВ/°С для металлических и нескольких мкВ/°С для полупроводниковых термопар). Они являются идеальными приборами для измерения относительно небольших разностей температур, которые в отдельных случаях могут быть найдены с точностью до ± 0,001 °С. Среди прочих достоинств термопары надо отметить простоту изготовления, малую теплоемкость и малое время установления температурного равновесия. Недостатком термопары является малая величина термо-э. д. с. при низких температурах. Термо-э. д. с. уменьшается с понижением температуры и обращается в нуль при абсолютном нуле. Вместе с ней уменьшается и чувствительность термопарного термометра. Так, например, чувствительность наиболее часто применяемой в низкотемпературной области медь-константановой термопары составляет при комнатной температуре около 40, при 90 К — около 17, а при 20 К — всего 5 микровольт на кельвин.
7. Измерение очень высоких температур — тысячи градусов и выше — наталкивается на ту очевидную трудность, что не существует тугоплавких термометров, выдерживающих такие температуры. При достаточно высоких температурах все тела плавятся. О температуре тел в этих случаях судят по испускаембму ими излучению. Роль термометрического тела играет само излучающее тело, а термометрической величины — интенсивность испускаемого ими излучения. Приборы, работающие на этом принципе, называются пирометрами. Их устройство основано, таким образом, на законах лучеиспускания нагретых тел. Эти законы будут изложены в отделе оптики нашего курса.
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 термометрические величины, употребляемые при измерении
§ 61 МЕЖДУНАРОДНАЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА 33
обычных температур, становятся непригодными в области очень низких температур: давление газа становится неизмеримо малым, сопротивление перестает зависеть от температуры и т. п. Поэтому здесь о температуре охлаждаемого тела судят по изменению физических свойств самого тела, например магнитных. Однако на этом пути возникают серьезные и еще не совсем преодоленные трудности, связанные с согласованием измеряемой таким образом температуры с термодинамической шкалой температур.
§ 6. Международная практическая температурная шкала
Экспериментальные трудности измерения температуры по абсолютной термодинамической шкале привели к необходимости введения Международной практической температурной шкалы (МПТШ). При этом преследовалась цель создания такой температурной шкалы, которую легко и быстро можно было бы использовать для калибровки научных и технических приборов и которая в то же время воспроизводила бы термодинамическую шкалу с наибольшей возможной точностью, допускаемой современной техникой измерений. Единицами температуры в этой шкале являются кельвин и градус Цельсия в зависимости от выбора начала отсчета температуры. Шкала несколько раз уточнялась. Последний раз это было сделано в 1968 г.
Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-68) основана на одиннадцати хорошо воспроизводимых температурных точках, которым приписаны определенные значения температуры (первичные реперные точки). Температуры первичных реперных точек приведены в табл. I. Между первичными реперными точками температурная шкала устанавливается с помощью интерполяционных формул, дающих соотношения между температурой и показаниями стандартных термометров (платиновый термометр, платинородиевая термопара, оптический пирометр), градуированных по этим точкам. Вся область температур, охватываемая Международной практической шкалой — 68, делится на ряд интервалов, в каждом из которых рекомендуются свои методы воспроизведения температур и свои интерполяционные формулы.
В интервале от 13,81 К (тройная точка водорода) до 630,74 °С (точка затвердевания сурьмы) стандартным прибором является платиновый термометр сопротивления. Весь этот интервал разбивается на пять более мелких интервалов, в каждом из которых для платинового термометра применяются свои интерполяционные формулы. (Мы не приводим их, так как они занимают довольно много места.)
Выше температуры 630,74 °С до температуры затвердевания золота (1064 °С) Международная практическая температурная шкала устанавливается с помощью платинородиевой термопа ы
