GeoSELECT.ru



Физика / Реферат: Методы и средства контактных электроизмерений температуры (Физика)

Космонавтика
Уфология
Авиация
Административное право
Арбитражный процесс
Архитектура
Астрология
Астрономия
Аудит
Банковское дело
Безопасность жизнедеятельности
Биология
Биржевое дело
Ботаника
Бухгалтерский учет
Валютные отношения
Ветеринария
Военная кафедра
География
Геодезия
Геология
Геополитика
Государство и право
Гражданское право и процесс
Делопроизводство
Деньги и кредит
Естествознание
Журналистика
Зоология
Инвестиции
Иностранные языки
Информатика
Искусство и культура
Исторические личности
История
Кибернетика
Коммуникации и связь
Компьютеры
Косметология
Криминалистика
Криминология
Криптология
Кулинария
Культурология
Литература
Литература : зарубежная
Литература : русская
Логика
Логистика
Маркетинг
Масс-медиа и реклама
Математика
Международное публичное право
Международное частное право
Международные отношения
Менеджмент
Металлургия
Мифология
Москвоведение
Музыка
Муниципальное право
Налоги
Начертательная геометрия
Оккультизм
Педагогика
Полиграфия
Политология
Право
Предпринимательство
Программирование
Психология
Радиоэлектроника
Религия
Риторика
Сельское хозяйство
Социология
Спорт
Статистика
Страхование
Строительство
Схемотехника
Таможенная система
Теория государства и права
Теория организации
Теплотехника
Технология
Товароведение
Транспорт
Трудовое право
Туризм
Уголовное право и процесс
Управление
Физика
Физкультура
Философия
Финансы
Фотография
Химия
Хозяйственное право
Цифровые устройства
Экологическое право
   

Реферат: Методы и средства контактных электроизмерений температуры (Физика)


Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Донской Государственный Технический Университет
кафедра "Метрология и управление качеством"
_______________________________________________________



Реферат на тему:

«Методы и средства контактных электроизмерений температур»



Выполнил



Проверил



г. Ростов-на-Дону
2002

Введение

Современная термодинамика определяет температуру как величину,
выражающую состояние внутреннего движения равновесной макроскопической
системы и определяемую внутренней энергией и внешними параметрами системы.
Непосредственно температуру измерить невозможно, можно лишь судить о ней по
изменению внешних параметров, вызванному нарушением состояния равновесия
благодаря теплообмену с другими телами.
Каждому методу определения температуры, в основе которого лежит
зависимость между каким-либо внешним параметром системы и температурой,
соответствует определенная последовательность значений параметра для
каждого размера температуры, называемая температурной шкалой. Наиболее
совершенной шкалой является термодинамическая температурная шкала (шкала
Кельвина). Практическая ее реализация осуществляется с помощью
Международной практической температурной шкалы (МПТШ), устанавливающей
определенное число фиксированных воспроизводимых реперных точек,
соответствующих температуре фазового равновесия различных предельно чистых
веществ.
Исходным эталоном температуры является комплекс изготовленных в разных
странах мира газовых термометров, по показаниям которых определяются
численные значения реперных точек по отношению к точке кипения химически
чистой воды при давлении 101325 Па, температура которой принята равной
100,00°С(373,15 К точно). Для практического воспроизведения и хранения МПТШ
международным соглашением установлены единые числовые значения реперных
точек, которые с развитием техники время от времени уточняются и
корректируются. Последняя корректировка была произведена в 1968 г. Согласно
МПТШ—68 установлены следующие реперные точки, соответствующие давлению
101325 Па: точка кипения кислорода —182,97 °С (90,18 К), тройная точка воды
(при давлении 610 Па) +0,01 °С (273,16 К), точка кипения воды +100,00 °С
(373,15 К), точки затвердевания: олова +231,9681 °С (505,1181 К), цинка
+419,58 °С (692,73 К), серебра +961,93 °С (1235,08 К) и золота +1064,43 °С
(1337,58 К).
Весь температурный диапазон перекрывается семью шкалами, для
воспроизведения которых в зависимости от области шкалы используются
различные методы: от 1,5 до 4 К — измерение давления паров гелия-4, от 4,2
до 13,8 К — германиевые терморезисторы, от 13,8 до 273,16 К и от 273,16 до
903,89 К— платиновые терморезисторы от 903,89 до 1337,58 К — термопары
платинородий — платина, от 1337,58 до 2800 К — температурные лампы и от
2800 до 100 000 К — спектральные методы.
Огромный диапазон существующих температур (теоретически максимально
возможное значение температуры составляет 1012 К) обусловил большое
разнообразие методов их измерения. Наиболее распространенные методы
измерения температуры и области их применения приведены в таблице 1.
[pic]
Таблица 1

Нас будут интересовать контактные методы и средства электроизмерения
температур.


1. Общие сведения о термоэлектрических преобразователях


1.1. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Тепловым называется преобразователь, принцип действия которого основан
на тепловых процессах и естественной входной величиной которого является
температура. К таким преобразователям относятся термопары и терморезисторы,
металлические и полупроводниковые. Основным уравнением теплового
преобразования является уравнение теплового баланса, физический смысл
которого заключается в том, что все тепло, поступающее к преобразователю,
идет на повышение его теплосодержания QТС и, следовательно, если
теплосодержание преобразователя остается неизменным (не меняется
температура и агрегатное состояние), то количество поступающего в единицу
времени тепла равно количеству отдаваемого тепла. Тепло, поступающее к
преобразователю, является суммой количества тепла Qэл, создаваемого в
результате выделения в нем электрической мощности, и количества тепла Qто,
поступающего в преобразователь или отдаваемого им в результате теплообмена
с окружающей средой.
Явление термоэлектричества было открыто в 1823 г. Зеебеком и
заключается в следующем. Если составить цепь из двух различных проводников
(или полупроводников) А и В, соединив их между собой концами (рис. 1а),
причем температуру ?1 одного места соединения сделать отличной от
температуры ?о другого, то в цепи появится э.д.с., называемая
термоэлектродвижущей силой (термо-э.д.с.) и представляющая собой разность
функций температур, мест соединения проводников:
EAB(?1,?0) = f(?1) - f(?0).
Подобная цепь называется термоэлектрическим преобразова . телем или
иначе термопарой; проводники, составляющие термопару, — термоэлектродами, а
места их соединения — спаями.
[pic]
Рис. 1
Рис. 2

При небольшом перепаде температур между спаями термо-э. д. с. можно
считать пропорциональной разности температур: EAB = SAB??.
Опыт показывает, что у любой пары однородных проводников подчиняющихся
закону Ома, величина термо-э.д.с. зависит только от природы проводников и
от температуры спаев и не зависит от распределения температур между спаями.
Явление термоэлектричества принадлежит к числу обратимых явлений,
обратный эффект был открыт в 1834 г. Жаном Пельтье и назван его именем.
Если через цепь, состоящую из двух различных проводников или
полупроводников, пропустить электрический ток, то тепло выделяется в одном
спае и поглощается в другом. Теплота Пельтье связана с силой тока линейной
зависимостью в отличие от теплоты Джоуля, и в зависимости от направления
тока происходит нагревание или охлаждение спая.
Поглощаемая или выделяемая тепловая мощность пропорциональна силе
тока, зависит от природы материалов, образующих спай, характеризуется
коэффициентом Пельтье ?AB и равна qAB = ?AB?I.
Во второй половине XIX в. Томсоном был открыт эффект, заключающийся в
установлении на концах однородного проводника, имеющего температурный
градиент, некоторой разности потенциалов и в выделении дополнительной
тепловой мощности при прохождении тока по проводнику, имеющему
температурный градиент. Однако э.д.с. Томсона и дополнительное тепло
настолько малы, что в практических расчетах ими обычно пренебрегают.
На рис. 1б показана принципиальная схема термоэлектрического
преобразователя, который в зависимости от положения переключателя Кл может
работать в режиме генератора электрической энергии (положение 1) и в режиме
переноса тепла от источника с температурой ? к резервуару с температурой
?0.
К.п.д. термоэлектрического генератора зависит от разности температур и
свойств материалов и для существующих материалов очень мал (при ?? = 300°
не превышае ? = 13%, а при ?? = 100° значение ? = 5%), поэтому
термоэлектрические генераторы используются как генераторы энергии лишь в
специальных условиях. К.п.д. термоэлектрического подогревателя и
холодильника также очень малы, и для охлаждения к.п.д. при температурном
перепаде 5° составляет 9%, а при перепаде 40° — только 0,6%; однако,
несмотря на столь низкие к.п.д., термоэлементы используются в холодильных
устройствах. В измерительной технике термопары получили широкое
распространение для измерения температур; кроме того, полупроводниковые
термоэлементы используются как обратные тепловые преобразователи,
преобразующие электрический ток в тепловой поток и температуру.
Термопара с подключенным к ней милливольтметром, применяемая для
измерения температуры, показана на рис. 2.
Если один спай термопары, называемый рабочим, поместить в среду с
температурой ?1, подлежащей измерению, а температуру ?2, других, нерабочих,
спаев поддерживать постоянной, то f(?0) = const и
EAB(?1,?0) = f(?1) – C= f1(?1).
независимо от того, каким образом произведено соединение термоэлектродов
(спайкой, сваркой и т. д.). Таким образом, естественной входной величиной
термопары является температура ?1 ее рабочего спая, а выходной величиной —
термо-э. д. с., которую термопара развивает при строго постоянной
температуре ?2 нерабочего спая.
Материалы, применяемые для термопар. В табл. 2 приведены термо-э.д.с.,
которые развиваются различными термоэлектродами в паре с платиной при
температуре рабочего спая ?1 = 100° С и температуре нерабочих спаев
?2 = 0° С. Зависимость термо-э.д.с. от температуры в широком диапазоне
температур обычно нелинейна, поэтому данные таблицы нельзя распространить
на более высокие температуры.

Таблица 2
|Материал |Термо |Материал |Термо |
| |э.д.с., | |э.д.с., |
| |мВ | |мВ |
|Кремний |+44,8 |Свинец |+0,44 |
|Сурьма |+4,7 |Олово |+0,42 |
|Хромель |+2,4 |Магний |+0,42 |
|Нихром |+2,2 |Алюминий |+0,40 |
|Железо |+1,8 |Графит |+0,32 |
|Сплав(90% Pt+10% Ir) |+1,3 |Уголь |+0,30 |
|Молибден |+1,2 |Ртуть |0,00 |
|Кадмий |+0,9 |Палладий |-0,57 |
|Вольфрам |+0,8 |Никель |-1,5 |
|Манганин |+0,76 |Алюмель |-1,7 |
|Медь |+0,76 |Сплав (60%Au+30% Pd+10%Pt) |-2,31 |
|Золото |+0,75 |Константан |-3,4 |
|Цинк |+0,75 |Копель |-4,5 |
|Серебро |+0,72 |Пирит |-12,1 |
|Иридий |+0,65 |Молибденит |-69 ч -1|
| | | |04 |
|Родий |+0,64 | | |
|Сплав (90% Pt+10% Rh) |+0,64 | | |

При пользовании данными таблицы следует иметь в виду, что развиваемые
термоэлектродами термо-э.д.с. в значительной степени зависят от малейших
примесей, механической обработки (наклеп) и термической обработки (закалка,
отжиг).
При конструировании термопар, естественно, стремятся сочетать
термоэлектроды, один из которых развивает с платиной положительную, а
другой — отрицательную термо-э.д.с. При этом необходимо учитывать также
пригодность того или иного термоэлектрода для применения в заданных
условиях измерения (влияние на термоэлектрод среды, температуры и т. д.).
Для повышения выходной э.д.с. используется несколько термопар,
образующих термобатарею. На
рис. 3 рис. 3показан чувствительный элемент
радиационного пирометра. Рабочие спаи термопар расположены на черненом
лепестке, поглощающем излучение, холодные концы — на массивном медном
кольце, служащем теплоотводом и прикрытом экраном. Благодаря массивности и
хорошей теплоотдаче кольца температуру свободных концов можно считать
постоянной и равной комнатной.

1.2. УДЛИНИТЕЛЬНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРОДЫ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ, ПОГРЕШНОСТИ ТЕРМОПАР

Удлинительные термоэлектроды. Свободные концы термопары лолжны
находиться при постоянной температуре, лучше всего при 0°С (рис. 4). Однако
не всегда возможно сделать термоэлектроды термопары настолько длинными и
гибкими, чтобы свободные концы ее можно было разместить в достаточном
удалении от рабочего спая (рис. 4). Кроме того, при использовании
благородных металлов делать длинные термоэлектроды экономически невыгодно,
поэтому приходится использовать провода от другого материала.
Соединительные провода A1 и B1 (рис. 4), идущие от зажимов в головке
термопары до места нахождения нерабочих спаев и выполняемые из дешевых
материалов, называют удлинительными термоэлектродами. Чтобы при включении
удлинительных термоэлектродов из материалов, отличных от материалов
основных термоэлектродов, не изменилась термо-э.д.с. термопары, необходимо
выполнить два условия. Первое — удлинительные термоэлектроды должны быть
термоэлектрически идентичны с основной термопарой, т. е. иметь ту же термо-
э.д.с. в диапазоне возможных тем-
Рис. 4
ператур места соединения термоэлектрод-
ов в головке термопары (примерно в диапазоне от 0 до 100° С). И
второе—места присоединения удлинительных термоэлектродов к основным
термоэлектродам в головке термопары должны иметь одинаковую температуру,
Для термопары платинородий — платина применяются удлинительные
термоэлектроды из меди и сплава ТП, образующие термопару, термоидентичную
термопаре платинородий — платина в пределах до 150° С. Такие же
удлинительные термоэлектроды с измененными знаками полярности применяют для
термопары вольфрам — молибден. Для термопары хромель — алюмель
удлинительные термоэлектроды изготовляются из меди и константана. Для
термопары хромель — копель удлинительными являются основные термоэлектроды,
но выполненные в виде гибких проводов.
Погрешность, обусловленная изменением температуры нерабо-ihx спаев
термопары. Градуировка термопар осуществляется при температуре нерабочих
спаев, равной нулю. Если при практическом использовании термоэлектрического
пирометра температура нерабочих спаев будет отличаться от 0° С на величину
??0 , то необходимо ввести соответствующую поправку в показания термометра.
Однако следует иметь в виду, что из-за нелинейной зависимости между
э.д.с. термопары и температурой рабочего спая величина поправки к
показаниям указателя ??, градуированного непосредственно в градусах, не
будет равна разности температур ??0 свободных концов, что очевидно из рис.
5.
Величина поправки ?? связана с разностью температур свободных концов
через коэффициент k (?? = ??0?k) называемый поправочным коэффициентом на
температуру нерабочих концов. Величина k различна для каждого участка
кривой, поэтому градуировочную кривую разделяют на участки по 100° С и для
каждого участка определяют значение k.
В качестве примера устройства для автоматического введения поправки на
температуру нерабочих спаев на рис. 6 схематично показано устройство типа
КТ-08. В цепь термопары и милливольтметра включен мост, одним из плеч
которого является терморезистор RТ из медной или никелевой проволоки,
помещенный возле нерабочих спаев термопары (остальные плечи моста выполнены
из манганиновых резисторов). При температуре бц мост находится в равновесии
и напряжение на его выходной диагонали равно нулю. При повышении
температуры нерабочих спаев сопротивление RТ также увеличивается, мост
выходит из равновесия и возникающее напряжение на выходной диагонали моста
корректирует уменьшение термо-э.д.с. термопары. Вследствие нелинейности
термопар полной коррекции погрешности, обусловленной изменением температуры
нерабочих спаев, при помощи описываемого устройства получить не удается,
однако величина остаточной погрешности не превышает 0,04 мВ на 10 К.
Недостатком подобных устройств является необходимость в источнике тока
для питания моста и появление дополнительной погрешности, обусловленной
изменением напряжения этого источника.
Погрешность, обусловленная изменением температуры линии, термопары и
указателя. В термоэлектрических термометрах для измерения термо-э.д.с.
применяют как обычные милливольтметры, так и низкоомные компенсаторы с
ручным или автоматическим уравновешиванием на .предел измерения до 100 мВ.
В тех случаях, когда термо-э.д.с. измеряется компенсатором,
сопротивление цепи термо-э.д.с., как известно, роли не играет. В тех же
случаях, когда термо-э.д.с. измеряется милливольтметром, может возникнуть
погрешность, обусловленная изменением сопротивлений всех элементов,
составляющих цепь термо-э.д.с.; поэтому необходимо стремиться к постоянному
значению сопротивления проводов и самой термопары.
В отечественных термоэлектрических термометрах при их градуировке
учитывается сопротивление внешней относительно милливольтметра цепи, т. е.
проводов и термопары (Rпр + RТП), равное 5 Ом. Регулировка сопротивления
этой внешней цепи осуществляется при помощи добавочной катушки
сопротивления из манганина непосредственно при монтаже прибора.
Паразитные термо-э.д.с. возникают вследствие наличия неод-нородностей
в материалах и по данным, приведенным в работе, могут составлять для
различных материалов 10—100 мкВ. В частности, для платиновой проволоки при
протяженности распределения температуры 30 мм и температурном градиенте 30
К/мм величина паразитной термо-э.д.с. составляет 10 мкВ.


1.3. РАЗНОВИДНОСТИ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОСНОВЫ РАСЧЕТА

Для измерения температуры применяют металлические и полупроводниковые
резисторы. Большинство химически чистых металлов обладает положительным
температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), колеблющимся (в интервале
0—100° С) от 0,35 до 0,68 %/К.
Для измерения температур используются материалы, обладающие
высокостабильной ТКС, линейной зависимостью сопротивления от температуры,
хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей
среды. К таким материалам в первую очередь относится платина. Благодаря
своей дешевизне широко распространены медные терморезисторы, применяются
также вольфрамовые и никелевые.
Сопротивление платиновых терморезисторов в диапазоне температур от 0
до + 650° С выражается соотношением RТ = R0 (1 + A? + B?2), где R0 —
сопротивление при 0° С; ? — температура в градусах Цельсия. Для платиновой
проволоки, применяемой в промышленных термометрах сопротивления,
A = 3,96847?10-12 1/К; В = — 5,847?107 1/К2. В интервале от 0 до — 200° С
зависимость сопротивления платины от температуры имеет вид
Rт = R0 [1 + A? + В?2 + С (? — 100)3], где С = — 4,22?1012 1/К3.
При расчете сопротивления медных проводников в диапазоне от — 50 до +
180° С можно пользоваться формулой RТ = R0 (1 + (?), где ( = 4,26?103 1/К.
Если для медного терморезистора требуется определить сопротивление RT2
(при температуре ?2) по известному сопротивлению RT2 (при температуре ?1),
то следует пользоваться формулой
[pic]
или более удобным соотношением
[pic]
где ? = 1/( — постоянная, имеющая размерность температуры и равная
?0 = 234,7° С (по физическому смыслу ?0 — это такое значение температуры,
при котором сопротивление меди должно было бы стать равным нулю, если бы ее
сопротивление уменьшалось все время по линейному закону, чего нет на самом
деле).
В значительной степени сопротивление металлов зависит от их химической
чистоты и термообработки. ТКС сплавов обычно меньше, чем у чистых металлов,
и для некоторых сплавов может быть даже отрицательным в определенном
температурном диапазоне.
Выбор металла для терморезистора определяется в основном химической
инертностью металла к измеряемой среде в интересующем интервале температур.
С этой точки зрения медный преобразователь можно применять только до
температур порядка 200° С в атмосфере, свободной от влажности и
коррелирующих газов. При более высоких температурах медь окисляется. Нижний
предел температуры для медных термометров сопротивления равен — 50° С хотя
при введении индивидуальной градуировки возможно их применение вплоть до —
260° С.
Промышленные платиновые термометры используются в диапазоне температур
от —200 до +650° С, однако есть данные, свидетельствующие о возможности
применения платиновых термометров для измерения температур от —264 до
+1000° С.
Основным преимуществом никеля является его относительно высокое
удельное сопротивление, но зависимость его сопротивления от температуры
линейна только для температур не выше 100° С. При условии хорошей изоляции
от воздействия среды никелевые терморезисторы можно применять до 250—300°
С. Для более высоких температур его ТКС неоднозначен. Медные и никелевые
терморезисторы выпускают из литого микропровода в стеклянной изоляции.
Микропроволочные терморезисторы герметизированы, вы-сокостабильны,
малоинерционны и при малых габаритах могут иметь сопротивления до десятков
килоом.
Высокий ТКС имеют вольфрам и тантал, но при температуре свыше 400° С
они окисляются и применяться не могут. Для низкотемпературных измерений
хорошо зарекомендовали себя некоторые фосфористые бронзы. Кроме того, для
измерений низких температур находят применение индиевые, германиевые и
угольные терморезисторы.
Некоторые характеристики металлов, используемых в терморезисторах,
приведены в табл. 3.

Таблица 3:
|Материал |ТКС в |Удельное |Температура |Термо-э.д.с. в |
| |диапазоне |сопротивлени|плавления, °С|паре с медью |
| |0-100°С |е при 20 °С,| |(0-500 °С), мкВ/К |
| | |Оm?mm2/m | | |
|Платина |0,0039 |0,105 |1773 |7,5 |
|Медь |0,00427 |0,017 |1083 |о |
|Никель |0,0069 |0,08 |1455 |22,5 |
|Вольфрам |0,0048 |0,055 |3410 |0,5 |

Погрешности, возникающие при измерении температуры термометрами
сопротивления, вызываются нестабильностью во времени начального
сопротивления термометра и его ТКС, изменением сопротивления линии,
соединяющей термометр с измерительным прибором, перегревом термометра
измерительным током.
Термометры сопротивления относятся к одним из наиболее точных
преобразователей температуры. Так, например, платиновые теоморезисторы
позволяют измерять температуру с погрешностью порядка 0,001° С.
Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических меньшими
габаритами и большими значениями ТКС.
ТКС полупроводниковых терморезисторов (ПТР) отрицателен и уменьшается
обратно пропорционально квадрату абсолютной температуры: ( = B/?2. При 20°
С величина ТКС составляет 2—8 проц/К.
Температурная зависимость сопротивления ПТР (рис. 7, кривая 2)
достаточно хорошо описывается формулой RT = AeB/?, где ? — абсолютная
температура; А — коэффициент, имеющий размерность сопротивления; В —
коэффициент, имеющий размерность температуры. На рис. рис. 7 для сравнения
приведена температурная зависимость для медного терморезистора (кривая 1).
Для каждого конкретного ПТР коэффициенты А и В, как правило, постоянны, за
исключением некоторых типов 1 ПТР (например, СТ 3-14), для последних В
может принимать два разных значения в зависимости от диапазона измеряемых
температур.
Если для применяемого ПТР не известны коэффициенты А и В, но известны
сопротивления R1 и R2 при ?1 и ?2, то величину сопротивления и коэффициент
В для любой другой температуры можно определить из соотношений
[pic]'
Конструктивно терморезисторы могут быть изготовлены самой
разнообразной формы. На рис. 8 показано устройство нескольких типов
терморезисторов. Терморезисторы типа ММТ-1 и КМТ-1 представляют собой
полупроводниковый стержень, покрытый эмалевой краской с контактными
колпачками и выводами. Этот тип терморезисторов может быть использован лишь
в сухих помещениях.,
Терморезисторы типов ММТ-4 и КМТ-4 заключены в металлические капсулы и
герметизированы, благодаря чему они могут быть использованы в условиях
любой влажности и даже в жидкостях, ие являющихся агрессивными относительно
корпуса терморезистора.
Особый интерес представляют миниатюрные полупроводниковые
терморезисторы, позволяющие измерять температуру малых объектов с
минимальными искажениями режима работы, а также температуру, изменяющуюся
во времени. Терморезисторы СТ1-19 и СТЗ-19 имеют каплевидную форму.
Чувствительный элемент в них герметизирован стеклом и снабжен выводами из
проволоки, имеющей низкую теплопроводность. В терморезисторе СТЗ-25
чувствительный элемент также помещен в стеклянную оболочку, диаметр которой
доведен до 0,5—0,3 мм. Терморезистор с помощью выводов прикреплен к
траверсам.
[pic]
Рис. 8

В табл. 4 представлены основные характеристики некоторых ПТР. В графе
«номинальные сопротивления» приведены крайние значения рядов номинальных
сопротивлений, нормируемых для большинства ПТР при 20° С. Исключение
составляют ПТР типов

Таблица 4
|Тип ПТР|Номинальное |Постоянная |Диапазон рабочих|Коэффици|Постоянная |
| |сопротивление|В, |температур, oС |ент |времени (нe|
| |, кОм |K?1012 | |рассеяни|более), с |
| | | | |я, мВт/К| |
|КМТ-1 |.22—1000 |36—72 |От —60 до +180 |5 |85 |
|ММТ-1 |1—220 |20,6—43 |От —60 до +125 |5 |85 |
|СТЗ-1 |0,68—2,2 |28,7—34 |От —60 до +125 |5 |85 |
|КМТ-4 |22—1000 |36—72 |От —60 до +125 |6 |115 |
|ММТ-4 |1—220 |20,6—43 |От —60 до +125 |6 |115 |
|ММТ-6 |10—100 |(20,6 |От —60 до +125 |1,7 |35 |
|СТЗ-6 |6,8—8,2 |20,5-24 |От —90 до +125 |1,6 |35 |
|КМТ-10 |100—3300 |(36 |0—125 |— |— |
|КМТ-1 |100—3300 |(36 |0-125 |1 |75 |
|Оа | | | | | |
|КМТ-11 |100—3300 |(36 |0—125 |0,8 |10 |
|СТ4-2 |2,1—3,0 |34,7—36,3 |От —60 до +125 |36 |— |
| | |36,3—41,2 | | | |
|СТ4-15 |1,5-1,8 |23,5—26,5 |От -60 до +180 |36 |— |
| | |29,3—32,6 | | | |
|КМТ-17 |0,33—22 |36—60 |От —60 до +155 |2 |30 |
|(а, б) | | | | | |
|КМТ-17в|0,33—22 |36—60 |От —60 до +100 |2 |30 |
|СТ1-17 |0,33—22 |36—60 |От —60 до +100 |2 |30 |
|СТЗ-17 |0,033—0,33 |25,8—38,6 |От —60 до +100 |3 |30 |
|СТ4-17 |1,5—2,2 |32,6—36 |От —80 до +100 |2 |30 |
|КМТ-14 |0,51—7500 |41—70 |От —10 до +300 |0,8 |60 |
|СТЗ-14 |1,5-2,2 |26—33 |От —60 до +125 |1,1 |4 |
| | |27,5—36 | | | |
|СТ1-18 |1,5—2200 |40,5—90 |От —60 до +300 |0,2 |1 |
|СТЗ-18 |0,68—3.3 |22,5—32,5 |От —90 до +125 |0,18 |1 |
|СТ1-19 |3,3—2200 |42,3—72 |От -60 до +300 |0,6 |3 |
|СТЗ-19 |2,2—15 |29, 38, 5 |От —90 до +125 |0,5 |3 |
|СТЗ-25 |3,3—4,5 |26—32 |От —100 до+125 |0,08 |0,4 |

КМТ-14, СТ1-18, СТ1-19, номинальные сопротивления которых нормируются
для температуры 150° С. В графе «постоянная В» для некоторых типов ПТР
приводятся два диапазона возможных значений В, первая строчка при этом
относится к низким температурам, а вторая — к высоким. Перелом
характеристики для ПТР типа СТЗ-6 происходит при — 28° С, для СТ4-2 и СТ4-
15 — при 0° С и Для СТЗ-14— при 5° С.
Точность измерения температуры с помощью ПТР может быть весьма
высокой. В настоящее время разработаны также ПТР для измерений низких и
высоких температур. В частности, ПТР типа СТ7-1 может измерять температуру
в диапазоне от — 110 до — 196° С. Высокотемпературный ПТР типа СТ12-1
предназначен для применения при температурах 600-1000° С.
Недостатками полупроводниковых терморезисторов, существенно снижающими
их эксплуатационные качества, являются нелинейность зависимости
сопротивления от температуры (см. рис. 14-12) и значительный разброс от
образца к образцу как номинального значения сопротивления, так и постоянной
В. Согласно ГОСТ 10688—63 допуск на величину номинального сопротивления
может составлять ±20%. Допуск на величину постоянной В не нормируется.
Практически он достигает ± 17% от номинального.
Нелинейность характеристики и технологический разброс параметров
терморезисторов затрудняет получение линейных шкал термометров, построение
многоканальных приборов, обеспечение взаимозаменяемости терморезисторов,
необходимой при массовом производстве термометров с терморезисторами. Чтобы
улучшить вид шкалы и обеспечить взаимозаменяемость терморезисторов,
приходится применять специальные унифицирующие и линеаризующие цепи, как
пассивные, так и активные.
Позисторы изготавливаются также из полупроводниковых материалов, но
имеют положительный температурный коэффициент сопротивления. Для
температурных зависимостей сопротивления позисторов характерно увеличение
сопротивления при повышении температуры в определенном интервале
температур. Ниже и выше этого интервала сопротивление с ростом температуры
уменьшается. Положительные ТКС позисторов могут достигать величины порядка
30—50 проц/К, графики изменения их сопротивления в зависимости от
температуры приведены на рис. 9.
Возможно также создание других видов полупроводниковых Датчиков
температуры. В частности, для измерения температуры Можно применять датчики
из органических полупроводников и Датчики на основе открытых или запертых р
— n-переходов. Например, при заданном токе напряжение на открытом р — п-
переходе или на стабилитроне линейно изменяется с температурой, чричем ТКС
для открытого р — n-перехода отрицателен и составляет 2—3 мВ/К, а для
стабилитрона положителен и достигает 8 мВ/К.
Измерительные цепи. Отличия измерительных цепей для терморезисторов от
обычных цепей омметров заключаются в более узком диапазоне изменения
измеряемого сопротивления и в необходимости учета сопротивлений проводов,
соединяющих термометр сопротивления с измерительной цепью. Если
используется простейшая двухпроводная соединительная линия, то может
возникнуть погрешность от температурного изменения сопротивления этой
линии. При применении высокоомных термометров (например, полупроводниковых)
эта погрешность может быть пренебрежимо мала, однако в большинстве
практических случаев, когда используются стандартные термометры
сопротивления, ее приходится принимать во внимание.
Если, например, сопротивление медной линии равно 5 Ом и используется
термометр с Ro = 53 Ом, то изменение температуры линии на 10° С приведет к
изменению показаний прибора примерно на ГС. Для уменьшения погрешности от
изменения сопротивления соединительной линии часто применяют трехпроводную
линию. При этом термометр подключают к мостовой цепи так, чтобы два провода
линии вошли в разные плечи моста, а третий оказался подключенным
последовательно с источником питания или указателем. На рис. 10, а
показана схема моста, содержащего термометр сопротивления, присоединенный
трехпроводной линией.
Исключить влияние сопротивлений соединительной линии можно, используя
четырехпроводное включение терморезистора, как это показано на рис. 10 а,
б, и вольтметр с большим входным сопротивлением для измерения падения
напряжения U? = IR на терморезисторе. Ток через терморезистор должен быть
задан, поэтому "и такой схеме включения терморезистор питают от
стабилизатора тока. Возможно также построение мостовых цепей с
четырехпроводным подключением термометра.

1.4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕРМОПАРЫ И ТЕРМОРЕЗИСТОРЫ

Основные параметры термопар промышленного типа:
Таблица 5
|Обозначени|Обазначени|Материалы |Пределы |Верхний |
|е |е |термоэлектродов |измерения при |предел |
|термопары |градуировк| |длительном |измерения при|
| |ит | |применении, °СС |кратковременн|
| | | | |ом |
| | | | |применении, |
| | | | |°С |
| | | |от |до | |
|ТПП |ПП-1 |Платинородий (10% |—20 |1300 |1600 |
| | |родия)— платина | | | |
|ТПР |ПР-30/6 |Платинородий (30% |300 |1600 |1800 |
| | |родия)— платинородий| | | |
| | |(6% родия) | | | |
|ТХА |ХА |Хромель — алюмель |—50 |1000 |1300 |
|ТХК |ХК |Хромель — копель |—50 |600 |800 |


Для измерения температур ниже — 50° С могут найти применение
специальные термопары, например медь — константан (до ~- 270° С), медь —
копель (до — 200° С) и т. д. Для измерения температур выше 1300—1800° С
изготавливаются термопары на основе тугоплавких металлов:
иридий—ренийиридий (до 2100° С), вольфрам—рений (до 2500° С), на основе
карбидов переходных металлов — титана, циркония, ниобия, талия, гафния
(теоретически до 3000—3500° С), на основе углеродистых и графитовых
волокон.
Градуировочные характеристики термопар основных типов приведены в
табл. 6. В этой таблице указана температура рабочего спая ? в градусах
Цельсия и приведены величины термо-э.д.с. соответствующих термопар в
милливольтах при температуре свободных концов 0° С.
Таблица 6
|Обозначе|Температура рабочего спая в, °С |
|ние | |
|градуиро| |
|вки | |
|ХА |12,2|16,40|20,65|24,91|33,32|41,26|48,87|— |— |— |
|ПП-1 |2,31|3,249|4,218|5,220|7,325|9,564|11,92|14,33|16,71|— |
| | | | | | | |3 |8 |7 | |
|ПР-30/6 |— |— |— |— |— |4,913|6,902|9,109|11,47|13,92|
| | | | | | | | | |1 |7 |


Допускаются отклонения реальных термо-э.д.с. от значений, приведенных
в табл. 6, на величины, указанные в табл. 7.
Таблица 7
|Обозначение |Диапазон температур, °С |Наибольшее допустимое |
|градуировки | |отклонение термо- э. д. с.,|
| | |мВ |
|ПП-1 |От —20 до +300 |0,01 |
| |От +300 до +1600 |0,01 +2,5?10-5(? – 300) |
|ПР-30/6 |От +300 до +1800 |0,01 +3,3?10-6(? - 300) |
|ХА |От —50 до +300 |0,16 |
| |От +300 до +1300 |0,16+2,0. 10-4(? -300) |
|ХК |От —50 до +300 |0,20 |
| |От +300 до +800 |0,20+6,0?10-4(?-300) |


Конструкция термопары промышленного типа показана на рис. 11. Это
термопара с термоэлектродами из неблагородных металлов, расположенными в
составной защитной трубе с подвижным фланцем для ее крепления. Рабочий спай
1 термопары изолирован от трубы фарфоровым наконечником 2. Термоэлектроды
изолированы бусами 4. Защитная труба состоит из рабочего 3 и нерабочего 6
участков. Передвижной фланец 5 крепится к трубе винтом. Головка термопары
имеет литой корпус 7 с крышкой 11, закрепленной винтами 10; В головке
укреплены фарфоровые колодки 8 (винтами 15) с «плавающими»
(незакрепленными) зажимами 12, которые позволяют термоэлектродам удлиняться
под воздействием температуры без возникновения механических напряжений,
ведущих к быстрому разрушению термоэлектродов. Термоэлектроды крепятся к
этим зажимам винтами 13, а соединительные провода — винтами 14. Эти провода
проходят через штуцер 9 с асбестовым уплотнением.
Основным вопросом при конструировании термопар промышленного типа
является выбор материала защитной трубы (арматуры) и изоляции. Защитная
арматура термопары должна оградить ее от воздействия горячих, химически
агрессивных газов, быстро разрушающих термопару. Поэтому арматура должна
быть газонепроницаемой, хорошо проводящей тепло, механически стойкой и
жароупорной. Кроме того, при нагревании она не должна выделять газов или
паров, вредных для термоэлектродов.
При температурах, не превышающих 600° С, обычно применяют стальные
трубы без шва, при . Рис. 11 более
высоких температурах . (до
1100° С)— защитные трубы из легированных сталей. Для уменьшения стоимости
защитных труб их часто выполняют составными (сварными) из двух частей:
рабочего участка трубы из нержавеющей стали и нерабочего из обычной стали.
Для термопар из благородных металлов часто применяют неметаллические
трубы (кварцевые, фарфоровые и т. д.), однако такие трубы механически
непрочны и дороги. Фарфоровые трубы надлежащего состава можно использовать
при температурах до 1300— 1400°С.
Применяя защитные трубы из карбида кремния и графита, необходимо
учитывать, что при нагревании они выделяют восстанавливающие газы; поэтому
помещаемые в них термопары (особенно термопары на платиновой основе) должны
быть защищены дополнительно газонепроницаемым чехлом.
В качестве изоляции термоэлектродов друг от друга применяют асбест до
300° С, кварцевые трубки или бусы до 1000° С, фарфоровые трубки или бусы до
1300—1400° С. Для лабораторных термопар, используемых при измерении низких
температур, применяют также теплостойкую резину до 150° С, шелк до 100—120°
С, эмаль до 150—200 °С.

Промышленные проволочные терморезисторы (термометры сопротивления)
выпускаются в России двух типов — платиновые (ТСП) и медные (ТСМ).
Характеристики их точности приведены в табл. 8.
Таблица 8
|Тип |Диапазон температур. °С |Класс |Формула для подсчета |
| | |ТОЧПОС1|погрешности (в Кельвинах) |
| | |И | |
|ТСП |От —200 до 0 От 0 до +650 |I |+ (0,15+3,0?103 |?|) |
| | | |± (0,15+4,5?103 ?) |
| |От —200 до 0 От 0 до +650 |II |± (0,30 + 4,5?10-3 |?|) |
| | | |± (0,30+6?10-3 ?) |
|ТСМ |От —50 до +180 |II |± (0,30+3,5?10-3|?|) |
| | |III |± (0,30 + 6,0?10-3 |?|) |

Конструктивно промышленные термометры сопротивления выполняются в виде
чувствительных элементов, помещаемых в защитные корпуса. Чувствительный
элемент для термометров ТСП представляет собой бифилярную платиновую
спираль, укрепленную на слюдяном каркасе или в капиллярных керамических
трубках, заполненных дополнительно керамическим порошком. Выводы для такого
элемента обычно выполняются из серебряной проволоки или ленты. Для
термометров ТСМ чувствительный элемент изготавливается в виде бифилярной
или однопроводной катушки, намотанной бескаркасно или на пластмассовом
каркасе.
Чувствительные элементы термометров, как правило, помещаются в
тонкостенные металлические гильзы и герметизируются. Защитные корпуса
термометров сопротивления обычно выполняются такими же, как и для термопар
(см. рис. 14-17), — в виде защитной трубы с резьбовым штуцером и головкой,
к зажимам которой терморезистор может быть присоединен двумя, тремя или че


тырьмя выводами для того, чтобы можно было осуществить его включение в цепь
двух-, трех- или четырехпроводной линией. Платиновые термометры могут в
одном корпусе содержать два терморезистора, выходные величины которых
используются в различных целях. Для специальных применений выпускаются
также малогабаритные термометры сопротивления.
По величине сопротивления при О°С (R0) промышленные платиновые
термометры изготавливаются трех типов: с R0 = 10 Ом (обозначение
градуировки — гр. 20), с R0 = 46 Ом (гр. 21) и с R0 = 100 Ом (гр. 22).
Первые предназначены для измерения температур от 0 до + 650 °С, термометры
же градуировок гр. 21 и гр. 22 применяются для измерения температур от —
200 до + 500 °С. Медные термометры выпускаются с R0 = 53 Ом (гр. 23) и с
R0 = 100 Ом (гр. 24) и применяются для измерения температур от — 50 до +
180 °С. Градуировочные характеристики термометров приведены в табл. 9. В
этой таблице указаны значения температуры ? в градусах Цельсия и
сопротивления термометров различных градуировок в омах. Для термометров
градуировки гр. 20 сопротивления при всех температурах в 10 раз меньше, чем
для термометров градуировки гр. 22.
Таблица 9
|Обозн|Температура ?, °С |
|ачени| |
|еград| |
|уирор| |
|ки | |
|гр. |— |— |— |41,71|48,48|53,00|57,52|62,03|66,55|71,06|
|23 | | | | | | | | | | |
|гр. |— |— |— |78.70|91,48|100.0|100,0|117,0|125,5|134,0|
|24 | | | | | |0 |0 |4 |6 |8 |
|Обозн|Температура ?, oС |
|ачени| |
|еград| |
|уиров| |
|ки | |
| | |
|гр. |139,10|116.7|153,2|169.54 |177 |213,7|249,3|283,8|317,0|333.2|
|22 | |8 |1 | | |9 |8 |0 |6 |5 |
|гр. |75,68 |80,09|86,87|93,64 |— |— |— |— |— |— |
|23 | | | | | | | | | | |
|гр.24|142.60|151,1|163,9|176,68 |— |— |— |— |— |— |
| | |2 |0 | | | | | | | |


Инерционность термопар и термометров характеризуется их постоянной
времени Т, определяемой как время, необходимое Для того, чтобы изменение
выходной величины преобразователя, перенесенного из среды с температурой
30—35 °С в сосуд с интенсивно перемешиваемой водой с температурой 15—20 °С,
достигло 63% от установившегося значения перепада. Различают термопары и
термометры сопротивления малоинерционные (Ттп < 40 с для термопары и Ттс r> 100 °С из-за возрастающей невоспроизводимости (более 10-7).

2.3. МЕТОДЫ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ

СРЕДНИХ И ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОПАР

Средними в термометрии считаются температуры от 500 (начало свечения)
до 1600 °С (белое каление), а высокими— от 1600 до 2500°С, до которых
удается распространить термоэлектрический метод с использованием
высокотемпературных, жаростойких материалов.
Принцип термоэлектрического метода и основные свойства термоэлектродов
были рассмотрены выше в п. 1. Основным вопросом при использовании этого
метода для измерения средних и высоких температур является защита
термоэлектродов от разрушающего химического и термического воздействия
среды. Для этого термопары снабжаются защитной арматурой в виде чехлов,
трубок или колпачков из огнеупорных материалов. Главное требование к
защитной оболочке — высокая плотность строения и температурная стойкость.
При измерении температур ниже 1300 °С используются фарфоровые чехлы, при
более высоких температурах — колпачки из тугоплавких материалов (такие, как
корунд, окиси алюминия, бериллия или тория), заполненные инертным газом.
Зависимость срока службы термопар от пористости защитной оболочки
(вещества) Пв показана на рис. 14.
При измерении температуры поверхности тел особенную трудность
составляет контакт рабочего спая термопары с поверхностью нагретого тела.
Для улучшения контакта используются термопары, рабочий спай которых
выполнен в виде ленты или пластины. Такая конфигурация рабочего спая при
деформации позволяет воспроизводить поверхность объекта измерения.
Рис. 14
Для-измерения температур до 2000—2500 °С используются вольфрамовые или
иридиевые термопары. Особенностью их применения является измерение в
вакууме, в инертной или восстановительной средах, так как на вэздухе они
окисляются. Чувствительность воль-фрамо-молибденовой термопары составляет 7
мкВ/К, а вольфрамо-рениевой 13 мкВ/К.
В условиях высоких температур применяются термопары из огнеупорных
материалов (пары карбид титана — графит,карбид циркония — борид циркония и
ди-силицид молибдена — дисилицид вольфрама). В таких термопарах внутри
цилиндрического электрода (диаметр около 15 мм) имеется второй
электрод—стержень, соединенный с первым электродом на одном конце трубки.
Чувствительность термопар из огнеупорных материалов достигает 70 мкВ/К,
однако их применение ограничено инертными и восстановительными средами.
Для измерения температуры расплавленного металла термопарами из
благородных металлов используется метод, заключающийся в погружении
термопары в металл на время, безопасное для ее работоспособности. При этом
термопара на короткое время (0,4—0,6 с) погружается в контролируемую среду,
и измеряется скорость нарастания температуры рабочего спая. Зная
зависимость между скоростью нагрева термопары (ее тепловую инерционность) и
температурной среды, можно рассчитать значение измеряемой температуры. Этот
метод применяется для измерения температуры расплавленного металла
(2000—2500 °С) и газового потока (1800 °С).

Список использованной литературы

1) Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред.
Новицкого. Изд. 6-е, перераб. и доп. Л.:»Энергия»,1983.
2) Материалы сети InteNet (о современном состоянии дел в данной
области).
-----------------------
[pic]

[pic]






Реферат на тему: Методы изучения масс микрочастиц

МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МАС МІКРОЧАСТОК
/дипломна робота/
РЕФЕРАТ
Стор. 25, рис. 3, літ. 6.
Дана дипломна робота присвячена опису методів визначення мас найбільш
відомих мікрочасток. В роботі описані найбільш відомі методи, які зіграли
вирішальну роль в історії фізики з точки зору набуття нових фундаментальних
знань.
Робота розрахована на широкого читача і може бути використана в
учбовому процесі при вивченні загальної фізики в школі.
ЗМІСТ
ВСТУП 4
1. Про закон кратних співвідношень 5
2. Гіпотеза Проута 7
3. Загадка нецілочисленності атомної ваги елементів 8
4. Зважування "мішка" атомів 9
5. Визначення мас ізотопів з допомогою мас-спектрографа 12
6. Залежність маси електрона від швидкості 15
7. Відкриття нейтрона і визначення його маси 19
8. Визначення маси мезонів, гіперонів і, можливо, кварків 22
ВИСНОВКИ 24
ЛІТЕРАТУРА 25


ВСТУП


До початку XIX ст. зусиллями багатьох вчених і інженерів були
досягнуті значні успіхи в розвитку фізики і техніки. Особливі успіхи були
досягнуті в області механіки, оптики, астрономії і небесної механіки. В той
час у фізиці панували неправильні і суперечливі ідеї. Вважали, що всі
хімічні речовини складаються з трьох або чотирьох основних складових, які
мали різні властивості і представляли собою їх суміш, в якій ці властивості
різним чином комбінуються.
В XIX і XX ст. вчені на основі дослідів, деколи дуже тонких і
складних, а інколи дуже простих, зуміли відкинути неправильні думки. При
цьому кількість основних постулатів зменшилася, а їх застосування
поширилося.
Так в науку ввійшли представлення про перервну атомну структуру
речовини. Вченим відкрився мікросвіт - світ малих тіл, невидимих не тільки
неозброєним оком, а й в самі сильні мікроскопи. Для того, щоб розібратися в
явищах мікросвіту, потрібно було в першу чергу визначити основні
характеристики малих тіл, що їх складають: масу і розміри частинок
речовини, їх електричний заряд, характер і величину сил взаємодії між ними
і т. ін. На цьому шляху вчені зустріли багато труднощів і зробили ряд
відкриттів, що радикально змінили різні уявлення про навколишній світ а
також перебудували техніку і промисловість.
В даній дипломній роботі прослідковані деякі історичні моменти
розвитку вчення про будову речовини, про мікросвіт, а також описано різні
методики вимірювання мас мікрочасток. Робота носить методичний характер,
написана на доступному для широкого кола читачів рівні і може бути
використана в курсі фізики середньої школи для позакласного читання.


1. Про закон кратних співвідношень


В середні віки панував авторитет відношень, в той час як думки інших
вчених були невідомі, забуті або не користувались довір‘ям. Алхімікам
здавалося, що достатньо відповідним чином змішати декілька різних речовин і
таким чином одержати нову речовину з необхідними властивостями. Оскільки
авторитет Арістотеля був незаперечним, то перетворення елементів здавалося
можливим. Наприклад, вважалося, що з неблагородних металів можна отримати
золото.
В 1808 році Джон Дальтон (1766-1844 рр.), розвиваючи атомістичні погляди на
будову речовини, прийшов до висновку, що прості речовини складають складні
сполуки так, що один атом речовини А сполучається з одним або двома атомами
речовини В, 2 атоми речовини А сполучаються з одним атомом речовини С і т.
д. Неважко помітити, що це закон кратних співвідношень Дальтона знаходиться
у відповідності з законом постійних співвідношень Пруста. Дальтон вважає,
що основною властивістю атомів є їх нероздільність, а основна їх
характеристика - це вага. Він представляв, що атоми різних елементів
відрізняються один від одного, а атоми однорідної речовини однакові і між
собою нерозрізнимі.
Правильне і достатньо повне пояснення закону постійних відношень було дано
в 1811 році Амедео Авогадро (1776-1856 рр.), який висловив гіпотезу: рівні
об‘єми газів однакових зовнішніх умовах (тобто при однакових температурі і
тиску) складають однакове число молекул. В подальшому кількість грамів
речовини, чисельно рівна її молекулярній вазі, було назване грам-молекулою,
а число молекул в одній грам-молекулі будь-якої речовини - числом Авогадро.
Таким чином, за Авогадро те, що два літри водню при сполученні з літром
кисню дають два літри водяної пари, або в сучасних хімічних символах

2H2+O2(2H2O

пояснюється складом в кожному літрі (при однакових зовнішніх умовах)
однакового числа двохатомних молекул відповідних газів. При даній хімічній
реакції двохатомні молекули водню і двохатомні молекули кисню
перегруповуються в трьохатомні сполуки - молекули водяної пари.
Таким чином, гіпотеза Авогадро не тільки підтверджує закон простих
співвідношень, але й дає можливість визначити відносні маси молекул різних
речовин. При цьому число молекул в даному об‘ємі газу і їх маса поки що
залишаються невідомими.
В подальшому вченими було накопичено багато матеріалу про різні
хімічні сполуки. Тільки Берцеліус (1779-1848 рр.) проаналізував близько
2000 хімічних сполук. В результаті вдалося не тільки підтвердити закон
постійних співвідношень, але й побудувати шкалу відносних атомних ваг,
тобто таблицю, і якій вказано, в скільки разів атомна вага даного елемента
більша або менша атомної ваги другого елемента, прийнятого за одиницю.
За пропозицією Дальтона атомна вага, що рівна одиниці, умовно була
приписана водню, як найлегшому з усіх елементів.
Побудовані на цій основі таблиці атомних ваг дали для всіх елементів
приблизно цілочисельні значення.
В подальшому, за пропозицією Берцеліуса, за одиницю для розрахунку
атомних ваг був взятий кисень. В експериментальному відношенні це було
набагато зручніше, тому що кисень сполучається зі значно більшою кількістю
елементів, ніж водень.
Одиниця для розрахунку атомної ваги отримала назву атомної одиниці
маси (а. о. м.). За домовленістю атомна вага кисню була прийнята рівною
16 а. о. м.
Таблиці атомних ваг елементів, що побудовані на основі кисню, також
дали для різних елементів приблизно цілочисельні значення. Якщо б мова йшла
про три або чотири елементи, то ще можна б рахуватися з імовірністю того,
що їх відносна атомна вага лише випадково є цілочисельною. Для дев‘яти
елементів, за розрахунками Стретта, ймовірність того, що їх атомна вага
випадково розташується близько цілочисельних значень, не перевищує 0,001.
На початку XIX ст., коли обговорювалося питання про зміст
цілочисельного відношення атомних ваг, було відомо 35 хімічних елементів.
Для 35 елементів ймовірність випадкового розташування атомних ваг близько
цілочисельних значень настільки мала, що практично її немає змісту брати до
уваги.


2. Гіпотеза Проута


В 1815 році для пояснення розташування атомних ваг елементів поблизу
цілочисельних значень Проут (1786-1850 рр.) запропонував гіпотезу про те,
що всі елементи походять з водню шляхом його конденсації. З цієї гіпотези,
звичайно, випливало, що атомні ваги всіх елементів повинні бути цілими,
кратними атомній вазі водню.
На початку XIX ст. ідея Проута знайшла гарячих прихильників і не менш
гарячих противників. Прихильників привертала простота його гіпотези.
Противники свої заперечення аргументували тим, що з гіпотези Проута
випливає точна цілочисельність атомних ваг елементів, яка насправді не має
місця. При цьому вони доводили, що чим вища точність вимірювання атомних
ваг елементів, тим помітніше це розходження. Крім того, хлор і деякі інші
елементі явно мають нецілочисельну атомну вагу.


3. Загадка нецілочисленності атомної ваги елементів


В ХІХ ст. Дальтон запропонував п’ять постулатів, які лягли в основу
сучасної хімії. І сам Дальтон одним необгрунтованим формулюванням заплутав
дослідників.
В своєму п’ятому постулаті він дав визначення поняття "елемент" або
"хімічний елемент" таким чином: всі атоми одного і того ж елемента однакові
і рівні по вазі. В сучасній науці хімічними елементами називають речовини,
що мають постійні властивості і не подільні на інші складові ніяким
хімічним втручанням. Друга частина його визначення - рівність по вазі всіх
атомів даного елемента - чиста гіпотеза
Лише в 1886 р. Вільям Крукс висунув іншу точку зору. Крукс добре
розумів, що до тих пір, поки атомна вага елементів визначається не для
окремих атомів, а як середня вага дуже великого їх числа, то пропозиція про
різну атомну вагу окремих атомів одночасно і того ж елемента не може бути
обгрунтованою. Крукс запропонував правильну думку про те, що у атомів
даного елемента, які мають різну вагу, повинні бути різні оптичні спектри.
При подальшому дослідженні вияснилось, що спостережувані ним спектри
справді належали іншим елементам, які були присутні в досліджуваній
речовині у вигляді домішок.
Тепер ми знаємо, що Крукс був правий і що атоми одного і того ж
елемента але різної ваги існують і дійсно дають різні спектри. Крім того,
тепер зрозуміло, чому їх не змогли побачити тоді: розділення таких атомів
дифузією малоефективне і потребує застосування надзвичайно тонкої методики,
якої на той час не було.
Ідея про атоми одного елемента, які мають різну вагу, була на довгий
час (на цілі десятиліття) відкинута.
Тільки в 1916 р. в зв’язку з розвитком досліджень по радіоактивності
Фредерік Содді висловив ідею про речовини, ідентичні по своїх хімічних
властивостях, але які мають різну атомну вагу. Було показано існування
речовини з однаковими хімічними властивостями і різною атомною вагою.
Содді запропонував такі речовини називати ізотопами (по грецьки (((( -
однаковий, ((((( - місце).


4. Зважування "мішка" атомів


Багато років хіміки мали справу лише з відносними атомними вагами
елементів. Коли потрібно було розробити методи визначення абсолютної ваги
атомів, то на допомогу прийшли фізики. Вони застосували свої дуже чутливі
методи дослідження.
Таким чином, поставлена мета була досягнута: була визначена маса
атомів різних елементів. Однак як і слід було очікувати від методу
зважування мішка зерен, для кожного елемента було лише середнє значення
маси даного типу атомів.
В звичайному стані атом будь-якої речовини електрично нейтральний.
Якщо його розділити, то одержуються дві частки і обидві електрично
заряджені. Їх називають іонами. При цьому негативним іоном є електрон, а
позитивним - ядро атома з декількома електронами, що залишились. Позитивний
іон є носієм індивідуальності атома, а також майже всієї його маси (більше
99,9%). Таким чином, бажаючи визначити масу атома, ми можемо зважити
відповідний позитивний іон.
Подивимось, як цим скористався Томсон для визначення маси іонів.
Потрібно було одержати пучок позитивних іонів. Для цього він виготовив
установку (рис. 1) на якій посудина С через відповідні отвори О1 і О2
заповнюється досліджуваним газом. До електродів А і К прикладено високу
напругу ~(3-5)(104 В. Під дією напруги електрони вириваються із атомів і
газ в посудині іонізується. Електрони прямують до позитивно зарядженого
електрода +А, а позитивні іони - відповідно до негативного електрода -К. В
негативному електроді зроблено циліндричний отвір - канал, через який пучок
позитивних іонів виводиться в ліву частину установки. Попутно ці іони
проходять між зарядженими електродами +U і -U та полюсами магніту, що
утворюють магнітне поле (див. рис. 1).
Для виключення взаємного впливу і можливих спотворень обидві частини
установки розділили магнітним екраном, що зроблений з м’якого заліза. Таким
чином, пучок іонів досягає фотопластинки вже зазнавши відхилення в
електричному і магнітному полях. Екран служить для візуального
спостереження зміщення пучка іонів і використовується при налагоджуванні
установки.
Якщо б іони мали однакові заряди, масу і швидкість, то при включенні
електричного поля вони відхилялися б вниз і потрапили в точку 1 (рис. 1).
Точка 0 відповідає невідхиленому пучку. При тих же умовах і включенні лише
магнітного поля іони відхилились би і потрапили в точку 2. При включенні
обох полів одночасно іони потрапляють в точку 3. Однак це справедливо лише
при однакових
[pic]

Рис. 1. Принципова схема установки Томсона для визначення маси іонів.
зарядах, масах і швидкостях іонів. Чи справджується ця умова в даній
установці? Виявилось, що заряд більшості іонів рівний +1 (в одиницях
елементарного заряду), а в деяких +2. При цьому розрізнити такі іони не
складає великих труднощів. Що стосується швидкості, то вона зовсім не
однакова для різних іонів.
Таким чином реальною умовою досліду є твердження, коли заряди і маси
іонів однакові, а швидкість різна. При цьому під дією електричного і
магнітного полів іони потрапляють вже не в одну і ту ж точку, а в
залежності від швидкості розміщуються по відрізку параболи. Якщо в посудині
С міститься не один газ,

Новинки рефератов ::

Реферат: Основные технико-экономические и финансовые показатели предприятия "Каростройсервис" за последние три года и прогноз на перспективу (Предпринимательство)


Реферат: Потребитель и его права (Гражданское право и процесс)


Реферат: Современная демографическая ситуация в России и демографическая политика (Социология)


Реферат: Налоги в системе финансовой поддержки малых предприятий (Налоги)


Реферат: Христианство (Религия)


Реферат: Двойственность Познания по Учению Св. Григория Паламы (Double Knowledge According to Gregory Palamas) (Религия)


Реферат: Лекции по бухгалтерскому учету кафедры бухучета Финансовой академии при Правительстве РФ (Аудит)


Реферат: Влияние математики на философию и логику (Философия)


Реферат: Рудакi (Искусство и культура)


Реферат: Магдебургское право и его роль в социально-экономической жизни городов Беларуси (Государство и право)


Реферат: Общероссийские классификаторы (Менеджмент)


Реферат: Формирование основных понятий вращательного движения в средней школе (Физика)


Реферат: Синдром гибридного дисгенеза у Drosophila melanogaster (Биология)


Реферат: Общества с ограниченной ответственностью (Право)


Реферат: Использование последовательного порта (Компьютеры)


Реферат: Декабрьское восстание 1905 года (История)


Реферат: 6 задач по теории электрических цепей (Радиоэлектроника)


Реферат: Развитие средств коммуникации слабовидящих глухих и слепоглухих детей и роль изобразительной деятельности и чтения в нем (Педагогика)


Реферат: Разработка тестов и дидактических материалов по предмету "Чрезвычайные ситуации природного характера" (Безопасность жизнедеятельности)


Реферат: Себестоимость продукции в угольной промышленности. Повышение эфективности производства в горной промышленности. (Предпринимательство)



Copyright © GeoRUS, Геологические сайты альтруист