ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 214
Скачиваний: 1
Т а б л и ц а 1-i
Примерные технические данные и стоимость низкотемператур ных рефрижераторов, производящихся в США [Л. 1-25]
|
Производи Способность |
Потребляе |
|
Цена (при |
||
|
тельность |
отводить |
|
|||
Форма и характеристика |
жидкого |
мая мощ |
Масса, кг |
ближенно), |
||
тепло при |
||||||
|
гелия, |
4,2 К, Вт |
ность, кВт |
|
д о л л . |
|
|
л/ч |
|
|
|
|
|
ADL — Coilins |
2-ьЗ |
10-4-15 |
11 |
680 |
25 000 |
|
Gifford — McMahon |
— |
|
|
|
|
|
Air Products Inc. |
0,75 |
2,3 |
120 |
65 000 |
||
Мощный |
100 |
320 |
188 |
11 300 |
200 000 |
|
Средний |
—. |
60 |
38 |
2 570 |
12 500 |
|
Малый |
— |
3,5 |
- 3,8 |
160 |
50 000 |
|
криогенных устройств, и в особенности ожижителей ге лия (табл. 1-1), который в настоящее время является единственным охлаждающим агентом, обеспечивающим получение необходимых низких температур перехода (табл. 1-2). Одним из наиболее важных параметров низ котемпературных рефрижераторов является мощность на входе, требующаяся для отведения одного 1 Вт из обла сти с заданной температурой. От этого зависят размеры рефрижераторов. В случае применения гелия следует считаться также с его высокой ценой и низкой скрытой теплотой испарения (табл. 1-2). В случае применения водорода существует опасность его взрыва.
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1-2 |
|
Свойства |
|
криогенных жидкостей |
[Л. |
1-16] (при |
нормальном |
||
атмосферном |
давлении) |
|
|
|
|
||
|
|
|
Свойство |
Азот |
Водород |
Гелий |
|
Химический |
символ |
|
N 2 |
п . |
Не |
||
Точка |
кипения, К |
77,32 |
20,37 |
4,216 |
|||
Точка |
замерзания, К |
63,15 |
13,96 |
— |
|||
Скрытая |
теплота испарения, |
47,7 |
107,5 |
5,72 |
|||
кал/кг |
|
|
28,02 |
2,02 |
4,00 |
||
Молекулярная масса |
|||||||
Воспламеняемость при содержа |
Не |
воспла |
4—74 |
Не воспла |
|||
нии в воздухе, % |
меняется |
64,8 |
меняется |
||||
Масса |
1 л жидкости, г |
|
815 |
125 |
|||
Объемное |
расширение в точке |
|
697 |
777 |
682 |
||
кипения
30
В последние годы [Л. 1-27] вместо сверхпроводников применяют так называемые криогенные проводники, ра ботающие выше температуры перехода. Наиболее выгод ными являются здесь алюминий и медь при температуре
жидкого |
водорода |
(20,4 К), |
а |
затем чистый |
бериллий |
в азоте |
(77,3 К) и, наконец, |
натрий. |
|
||
С о п р о т и в л е н и е п р и в ы с о к о й т е м п е р а т у - |
|||||
р е. При переходе |
от твердого |
состояния к |
жидкому |
||
у большинства металлов наблюдается значительное уве личение электрического сопротивления. Кратность этого
увеличения составляет |
для ртути 3,2; олова и пинка |
||||||
2,1; меди 2,07; |
серебра |
1,90; алюминия |
1,64 и натрия |
||||
1,45 [Л. 1-15]. |
|
|
|
|
|
|
|
too |
; > ' |
~ — |
|
|
|
||
90 |
~~т |
Cd •-Р |
|||||
|
|
|
|||||
V |
|
|
Zn |
||||
80 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
70 \L \ |
|
|
<^ |
|
|
||
60 |
V |
> |
|
|
|
||
v |
'v. |
|
|
||||
50 |
\ |
|
|
||||
V чч \ |
|
|
|
|
А1 |
||
|
|
|
|
|
|||
|
N |
N N |
|
|
|
|
|
30 |
\ чр |
ч ч |
Si |
|
'Тг- |
||
0 |
0,2 |
|
|
0,6 |
0,8 % |
||
Рис. 1-7. Зависимость удельной электрической |
|||||||
проводимости меди от |
|
концентрации |
различ |
||||
ных примесей по отношению к удельной про |
|||||||
водимости чистой |
меди |
|
(100%) [Л. 1-15]. |
||||
Чистые металлы имеют правильную кристаллическую структуру и малое электрическое сопротивление. Пласти ческие деформации и присутствие примесей хотя бы в небольших количествах вызывают искажение кристал лической решетки и увеличение электрического сопро тивления металла. При рекристаллизации путем отжига электрическое сопротивление, увеличенное в результате пластической обработки, может быть обратно уменьшено до начального значения. На рис. 1-7—1-9 представлено влияние различных примесей, на проводимость меди, алюминия и железа.
Т е р м о э л е к т р и ч е с т в о . При соприкосновении двух различных металлов между ними появляется раз ность потенциалов, причиной которой являются различ ные значения работы выхода электронов из металла, а также тот факт, что число свободных электронов и стало быть давление электронного «газа» в различных металлах может быть неодинаковым. "Эта контактная разность потенциалов различных пар металлов колеблет ся в пределах от нескольких десятых вольта до несколь-
м
Ом-мм}
Рис. 1-8. Зависимость проводимо- |
Рис. |
1-9. Зависимость удель- |
|
сти отожженного алюминия от |
ного |
электрического |
сопротив- |
содержания примесей [Л. 1-15]. |
ления |
стали от содержания |
|
|
различных примесей |
[Л. 1-15]. |
|
ких вольт. Если температуры стыка одинаковые, то сум ма разностей потенциалов в замкнутой цепи, составлен ной из двух различных проводников, равняется нулю. Если один из спаев в этой цепи имеет более высокую температуру Т2, чем другой Tlt то в цепи возникнет тер- мо-э. д. с.
ЕИ =4"<Т> - Т>)ЫП^ |
= С{Т1 |
- |
Т2), |
|
(1-12) |
где k= 1,380 • 102 3 Дж/ К — постоянная |
Больцмана; е = |
||||
= 1,60210~19 Кл — заряд электрона; |
пА |
и |
пв — числа |
||
электронов в единице объема |
металлов А я В. |
|
|||
Явление это используется при измерении |
температу |
||||
ры с помощью термопар. |
|
|
|
|
|
В измерительных схемах и эталонных |
сопротивле |
||||
ниях стремятся применять металлы с возможно |
малой |
||||
термо-э. д. с. по отношению |
к меди, |
чтобы |
не |
вводить |
|
32
добавочной погрешности. Таким сплавом с очень малой
термо-э. д. с. по отношению к |
меди (около |
1 мкВ/°С) |
||||
является |
манганин, в то время |
как используемый |
в тер |
|||
мопарах |
константан |
имеет |
это число, |
равное |
4,05х |
|
X I О4 мкВ/°С. |
|
|
|
|
|
|
Термо-э. д. с. различных |
металлов |
по |
отношению |
|||
к платине приведены в табл. 1-3. Для вычисления |
термо- |
|||||
э. д. с. цепи, составленной из двух металлов, |
взятых из |
|||||
табл. 1-3, следует вычесть их приведенные |
значения. |
|||||
Например, термопара |
медь — константан |
при температу |
||||
ре контакта 100 °С и температуре концов 0°С дает э. д. с.
0,75—(—3,5) =4,25 мВ, причем медь образует |
положи |
|
тельный полюс. Термо-э. д. с. появляются |
также |
в одно |
родных проводниках, если вдоль них существует |
перепад |
|
температуры, т. е. градиент температуры |
сопровождает |
|
ся градиентом электрического потенциала. |
|
|
|
Т а б л и ц а 1-3 |
|
Средняя термоэлектрическая э. д. с. по отношению к платине в области температур 0—100 °С
М е т а лл Е, мВ/100 "С М е т а л л Е, мВ/100 "С
Висмут |
—6,5 |
Манганин |
0,6 |
Константан |
—3,5 |
Серебро |
0,7 |
Никель |
—1,5 |
Цинк |
0,7 |
Ртуть |
0,0 |
Золото |
0,7 |
Платина |
0,0 |
Медь |
0,75 |
Олово |
0,4 |
Латунь |
1,1 |
Свинец |
0,4 |
Железо |
1,8 |
Алюминий |
0,4 |
|
|
Т е п л о в ы е с в о й с т в а м е т а л л о в . Высокая тепло вая проводимость металлических проводников связана с их высокой электрической проводимостью, так как пе ренос тепла осуществляется здесь с помощью свободных электронов проводимости, т. е. электронного газа. Меж ду законом Ома и уравнением тепловой проводимости Фурье существует формальная аналогия. Согласно экс периментальному закону Видемана—Франца при дан
ной температуре |
тепловая проводимость |
металлов К про |
|
порциональна электрической |
проводимости у, т. е. |
||
|
К/у = аТ, |
(1-13) |
|
где а = 2,23-10- 8 , |
В2 /К2 —величина, приблизительно по |
||
стоянная для большинства |
металлов; |
Т — абсолютная |
|
3-346 |
|
|
33 |
