Past haroratlar fizikasi. Past haroratning tirik organizmlar va jonsiz moddalarga ta'siri

Peltier effekti. Peltier effekti termoelektrik sovutish qurilmalarida qo'llaniladi. Yarimo'tkazgichlar orqali to'g'ridan-to'g'ri elektr toki o'tganda ularning ulanish joylarining haroratini pasaytirishga asoslangan. Chiqarilgan issiqlik miqdori va uning belgisi aloqa qiluvchi moddalarning turiga, oqim kuchiga va oqimning o'tish vaqtiga bog'liq, ya'ni ajratilgan issiqlik miqdori kontaktdan o'tgan zaryad miqdoriga proportsionaldir.
Erituvchi kriostat. Sovutish jarayonida ikki izotop aralashmasidan foydalaniladi geliy < http:/ /ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%B9>: 3U va 4He . 700 mK dan past sovutilganda, aralashma o'z-o'zidan fazalarni ajratishni boshdan kechiradi , 3 He ga va 4 ^{He ga} boy fazalarni hosil qiladi. . ³ He / ^{4 He} aralashmasi kondensatorda suyultiriladi , u drossel orqali aralashtirish kamerasining 3 He boy maydoniga ulanadi . Fazalar chegarasidan o'tuvchi ^{3 He} atomlari tizimdan energiya oladi. Doimiy tsiklli suyultiruvchi muzlatgichlar odatda past haroratli fizika tajribalarida qo'llaniladi.


Past haroratni o'lchash

Gaz termometri . Birlamchi termometrning boshqa variantlari akustik va shovqin termometrlari bo'lib, ularning ishlashi termodinamik harorat, mos ravishda gazdagi tovush tezligining qiymati va elektr pallasida termal kuchlanish tebranishlarining intensivligi o'rtasidagi munosabatlarga asoslanadi .

Birlamchi nozik termometrlar, asosan, bir komponentli tizimlarda (mos yozuvlar nuqtalari) osongina takrorlanadigan fazalar muvozanatining haroratlarini aniqlash uchun ishlatiladi, ular Xalqaro amaliy harorat shkalasi uchun mos harorat nuqtalari bo'lib xizmat qiladi (IPTS-68). Past haroratli mintaqada bunday mos yozuvlar nuqtalari quyidagilardir: muvozanat vodorodining uchlik nuqtasi (13,81 K), 25/76 normal atmosfera bosimida muvozanat vodorodining suyuq va gazsimon fazalari orasidagi muvozanat nuqtasi (17,042 K), qaynash nuqtasi muvozanat vodorod (20,28 K), neon (27,102 K), kislorod uch nuqtasi (54,361 K).
Platina qarshilik termometri . Past haroratlar oralig'ida MPTS-68 bo'yicha harorat haqiqiy termodinamik qiymatdan 0,01K dan ko'p bo'lmagan farq qiladi.
MPTSh-68 hali 13,8 K dan pastga cho'zilmagan, chunki bu past haroratli mintaqada ikkinchi darajali termometr yo'qligi sababli, bu sezgirlik, aniqlik va yuqori haroratlarda platinali qarshilik termometriga o'qishlarning takrorlanishidan kam emas.
0,3-5,2 K oralig'ida past haroratli termometriya geliyning to'yingan bug 'bosimi ps ning gaz termometri yordamida o'rnatiladigan T haroratiga bog'liqligiga asoslanadi. Ushbu bog'liqlik 1,5-5,2 K ( ⁴ He shkalasi, 1958) va 0,3-3,3 K ( ³ He shkalasi, 1962) oralig'ida xalqaro harorat shkalasi sifatida qabul qilingan . Ushbu harorat diapazonlarida ps (T) ga bog'liqlikni oddiy analitik formula bilan ifodalash mumkin emas va shuning uchun jadval shaklida keltirilgan; jadval ma'lumotlari Kelvinning mingdan bir qismigacha bo'lgan haroratni aniqlashning aniqligini ta'minlaydi .
Past haroratli hududlarda amaliy termometriya uchun asosan qarshilik termometrlari qo'llaniladi (20 K gacha - mis; vodorod va geliy harorati mintaqasida - 1 mK gacha - uglerod, ularning qarshiligi pasayganda ortadi. harorat). Sof germaniy qarshilik termometrlari ham qo'llaniladi. Yuqori barqarorlik va etarlicha sezgirlik ularni 100 K dan past haroratlarni o'lchash uchun qulay vositaga aylantiradi.
Past haroratlarni o'lchash uchun ikkilamchi termometr sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan bir qator boshqa haroratga sezgir qurilmalar mavjud: termojuftlar , termistorlar , yarimoʻtkazgichli diodlar , oʻta oʻtkazuvchan qotishmalardan tayyorlangan datchiklar (geliy va vodorod harorati oraligʻida).
1 K dan pastda gaz termometridan foydalanish deyarli mumkin emas. Ushbu mintaqadagi termodinamik haroratni aniqlash uchun magnit va yadro usullari qo'llaniladi.
Magnit termometriyada magnit harorat oʻlchovlari asosida aniqlanadigan T* magnit harorati tushunchasidan foydalaning sezuvchanlik paramagnit bilan tuz. Kyuri qonuniga ko'ra, etarlicha yuqori haroratlarda c ~ 1/T *. Ko'pgina tuzlar uchun Kyuri qonuni geliy haroratida ham amal qiladi. Ushbu qonuniyatni o'ta past haroratlar mintaqasiga ekstrapolyatsiya qilib, magnit harorat k ni sezuvchanlikka teskari proportsional qiymat sifatida aniqlaydi. Aniq natijalarga erishish uchun turli xil yon omillarni hisobga olish kerak: sezuvchanlik anizotropiyasi, namunaning geometrik shakli va boshqalar. Magnit harorat shkalasi termodinamikga etarlicha yaqin bo'lgan harorat diapazoni o'ziga xos xususiyatlarga bog'liq. tuz. 6 mK gacha bo'lgan ultra past haroratlarni o'lchash uchun eng ko'p ishlatiladigan seriy-magniy nitrat bo'lib, ular uchun ko'rsatilgan haroratda shkalalar orasidagi tafovut 0,1 mK dan kam.
Past haroratlarni o'lchashning yadro usullari kvant statistik fizikasi printsipiga asoslanadi, unga ko'ra diskret energiya darajalarining muvozanat populyatsiyasi D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%A3%D1% 80%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B8%20D1%8D%D0% BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8/> tizimi haroratga bog'liq. Ushbu usullardan birida yadro magnit-rezonans chizig'ining intensivligi D0%A1%D0%AD/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0 o'lchanadi. %B9%20%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%80%D0%B5 %D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B0 %D0%BD%D1%81/>, magnit maydondagi yadro magnit momentlarining populyatsiya darajasidagi farq bilan aniqlanadi. Boshqa usulda rezonansli gamma-nur chizig'i bo'linadigan komponentlar intensivligining haroratga bog'liq nisbati aniqlanadi (ta'sir %D0%B8/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0 %9C%D1%91%D1%81%D1%81%D0%B1%D0%B0%D1%83%D1%8D % D1% 80% D0% B0% 20% D1% 8D% D1% 84% D1 % 84% D0% B5% D0% BA% D1% 82 /> Mössbauer) ferromagnitning ichki magnit maydonida.
Ultra past haroratlar hududida to'yingan bug 'bosimi bo'yicha termometriyaning analogi osmotik bosim bilan 30-100 mK oralig'ida haroratni o'lchash hisoblanadi ³ He ³ He- ⁴ He aralashmasida. Mutlaq o'lchov aniqligi 0,01 mK osmotik termometrning sezgirligi bilan taxminan 2 mK ni tashkil qiladi.