Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Металлический термометр сопротивления

Электромагнитное явление эффект джозефсона и его применение.

Описание эффекта

Эффект Джозефсона — явление протекания сверхпроводящего тока через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два сверхпроводника. Такой ток называют джозефсоновским током, а такое соединение сверхпроводников — джозефсоновским контактом. В первоначальной работе Джозефсона предполагалось, что толщина диэлектрического слоя много меньше длины сверхпроводящей когерентности, но последующие исследования показали, что эффект сохраняется и на гораздо больших толщинах.

Стационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого не превышает критическую, падение напряжения на контакте отсутствует (несмотря на наличие слоя диэлектрика). Эффект этот вызван тем, что электроны проводимости проходят через диэлектрик без сопротивления за счёттуннельного эффекта

. Нетривиальность эффекта состоит в том, что сверхпроводящий ток переносится коррелированными парами электронов (куперовскими парами) и, на первый взгляд, должен быть пропорционален квадрату туннельной прозрачности контакта и, ввиду чрезвычайной малости последней, практически ненаблюдаемым. В действительности туннелирование куперовской пары — специфический когерентный эффект, вероятность которого порядка вероятности туннелирования одиночного электрона, в связи с чем максимальная величина тока Джозефсона может достигать величины обычного туннельного тока через контакт при напряжении порядка щели в энергетическом спектресверхпроводника. По современным представлениям, микроскопическим механизмом туннелирования куперовских пар является андреевское отражение квазичастиц, локализованных в потенциальной яме в области контакта.

Нестационарный эффект

При пропускании через контакт тока, величина которого превышает критическую, на контакте возникает падение напряжения , и контакт при этом начинает излучать электромагнитные волны. При этом частота такого излучения определяется как , где — заряд электрона, — постоянная Планка.

Возникновение излучения связано с тем, что объединённые в пары электроны, создающие сверхпроводящий ток, при переходе через контакт приобретают избыточную по отношению к основному состоянию сверхпроводника энергию . Единственная возможность для пары электронов вернуться в основное состояние — это излучить квант электромагнитной энергии

Применение эффекта

Используя нестационарный эффект Джозефсона, можно измерять напряжение с очень высокой точностью.

Эффект Джозефсона используется в сверхпроводящих интерферометрах, содержащих два параллельных контакта Джозефсона. При этом сверхпроводящие токи, проходящие через контакт, могут интерферировать. Оказывается, что критический ток для такого соединения чрезвычайно сильно зависит от внешнего магнитного поля, что позволяет использовать устройство для очень точного измерения магнитных полей.

Если в переходе Джозефсона поддерживать постоянное напряжение, то в нём возникнут высокочастотные колебания. Этот эффект, называемый джозефсоновской генерацией, впервые наблюдали И. К. Янсон, В. М. Свистунов и И. М. Дмитренко. Возможен, конечно, и обратный процесс — джозефсоновское поглощение. Таким образом, джозефсоновский контакт можно использовать как генератор электромагнитных волн или как приёмник (эти генераторы и приёмники могут работать в диапазонах частот, недостижимых другими методами).

В длинном джозефсоновском переходе (ДДП) вдоль перехода может двигаться солитон (Джозефсоновский вихрь), перенося квант магнитного потока. Существуют и многосолитонные состояния, переносящие целое число квантов потока. Их движения описываются нелинейнымуравнением синус-Гордона

. Такой джозефсоновский солитон подобен солитону Френкеля (число квантов потока сохраняется). Если изолирующий слой сделать неоднородным, то солитоны будут «цепляться» за неоднородности, и, чтобы сдвинуть их, придётся приложить достаточно большое внешнее напряжение. Таким образом, солитоны можно накапливать и пересылать вдоль перехода: естественно было бы попытаться использовать их для записи и передачи информации в системе большого числа связанных между собой ДДП (квантовый компьютер).

В конце 80-х годов в Японии был создан экспериментальный процессор на эффекте Джозефсона. Хотя 4-разрядное АЛУ делало его неприменимым на практике, данное научное исследование было серьёзным экспериментом, открывающим перспективы на будущее.


45) Приборы и методы измерения параметров движения: измеряемые параметры, классифи-кация, диапазоны измерения параметров, виды приборов.

 

Параметрами механического движения, подлежащими измерению, яв­ляются перемещение, скорость и ускорение. Эти параметры взаимосвязаны: первая производная от перемещения дает скорость, а вторая — ускорение. В свою очередь по известному ускорению можно получить скорость и переме­щение.

Отметим две группы методов измерения этих параметров. К первой группеотносятся методы измерения параметров относитель­ного движения, осуществляемые за счет физического или информационного контакта между движущимся объектом и системой, принимаемой за начало отсчета. Входными величинами в приборах, основанных на этих методах, яв­ляются перемещение и скорость.

Ко второй группе относятся бесконтактные (автономные) методы, ос­нованные на измерении сил (ускорений), действующих на движущийся объ­ект. Поскольку измерение параметров движения в этих методах производится относительно инерциального пространства, то соответствующие приборы на­зываются инерциальными.

Применение того или иного метода измерения параметров движения определяется как свойствами движущегося объекта и его взаимодействием с окружающей средой, так и диапазоном измеряемых величин. Диапазоны из­меряемых скоростей и ускорений чрезвычайно велики. Поэтому в целях удобства можно условно разбить их на поддиапазоны. Линейные скорости: космические скорости — до 1,2^10[1] м/с; скорости авиационных объектов — до 10 м/с; транспортные скорости — до 50 м/с; промышленные скорости— до 10 м/с; малые технические скорости — до 10-1 м/с; весьма малые скорости

1 до 10-5 м/с. Угловые скорости: весьма большие — до 3-104 рад/с; средние

2 до 10 рад/с; малые — до 10 рад/с; малые технические — до 1 рад/с; весь-

-5 5 2

ма малые — до 10 рад/с. Ускорения: весьма большие — до 210 м/с; боль- до 10-5 м/с2.

Параметры движения по характеру изменения во времени можно раз­бить на параметры поступательного, вращательного и колебательного движе­ния.

Приборы, предназначенные для измерения линейных скоростей, назы­ваются измерителями скорости, приборы для измерения угловых скоростей (частоты вращения) — тахометрами, а приборы для измерения ускорений — акселерометрами. Большой класс приборов применяется для измерения па­раметров колебательного движения (вибраций). Если измеряются параметры вибраций машин, устройств и сооружений, то соответствующие приборы на­зываются виброметрами. Приборы, применяемые для измерения параметров движения земной поверхности, называются сейсмографами.

 

32) Магнитный резонанс.

Магнитный резонанс

Магнитный резонанс, избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой длины волны, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов электронов или атомных ядер. Энергетические уровни частицы, обладающей магнитным моментом m, во внешнем магнитном поле Н расщепляются на магнитные подуровни, каждому из которых соответствует определённая ориентация магнитного момента m относительно поля Н (см.Зеемана эффект). Электромагнитное поле резонансной частоты w вызывает квантовые переходы между магнитными подуровнями. Условие резонанса имеет вид:

,

где — разность энергий между магнитными подуровнями, — Планка постоянная.

Если поглощение электромагнитной энергии осуществляется ядрами, то М. р. называется ядерным магнитным резонансом, ЯМР. Магнитные моменты ядер обусловлены их спинами I. Число ядерных магнитных подуровней равно 2 I + 1, а расстояния между соседними подуровнями одинаковы и равны:

,

где g — магнитомеханическое отношение. Отбора правила допускают переходы только между соседними подуровнями, поэтому всем переходам соответствует одинаковая резонансная частота (рис.), линии поглощения перекрываются и наблюдается одна линия.

Однако в некоторых кристаллах для ядер со спином I > 1 возникает дополнительное смещение уровней, вызванное взаимодействием электрическогоквадрупольного момента ядра

с внеядерным неоднородным внутрикристаллическим электрическим полем Е в месте расположения ядра (см.Кристаллическое поле). В результате этого в спектре поглощения появляются дополнительные линии (см. Ядерный квадрупольный резонанс, ЯКР).

М. р., обусловленный магнитными моментами электронов в парамагнетиках, называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Спектр ЭПР зависит как от спина, так и от орбитального движения электронов, входящих в состав парамагнитных атомов и молекул, и обычно чувствителен к внутрикристаллическому полю в месте расположения парамагнитной частицы. Вферромагнетиках

и антиферромагнетиках электронный М. р. называется соответственно ферромагнитным резонансом и антиферромагнитным резонансом.

Во многих случаях полезно классическое описание М. р., основанное на том, что магнитный момент частицы m испытывает во внешнем магнитном поле Н Лармора прецессию около направления вектора Н с частотой w = g Н. Переменное магнитное поле H1, перпендикулярное Н и вращающееся синхронно с m, то есть с частотой w, оказывает постоянное воздействие на магнитный момент, которое и ведёт к изменению его ориентации в пространстве.

К М. р. иногда относят также наблюдаемый в металлах и полупроводниках, помещенных в постоянное магнитное поле, циклотронный резонанс — резонансное поглощение электромагнитной энергии, связанное с периодическим движениемэлектронов проводимости

и дырок в плоскости, перпендикулярной полю Н (см.Лоренца сила, Диамагнетизм).

Диапазон частот М. р. определяется величиной магнитомеханического отношения. Для свободного электрона g/2p = 2,799´106 гц·э -1, для протона g/2p = 4,257´103гц·э -1,для других ядер, обладающих спином, g/2p = 102—103гц·э -1.В соответствии с этим в магнитных полях ~ 103—104эчастоты ЭПР попадают в диапазон СВЧ (109—1011гц),а ЯМР — в диапазонкоротких волн(106—107гц).


58) Термо́метр сопротивле́ния — электронный прибор, предназначенный для измерения температуры. Принцип действия основан на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов иполупроводниковых

материалов от температуры[1]. При применении полупроводниковых материалов его обычно называют термосопротивле́нием, терморезистором или термистором[2].

Металлический термометр сопротивления

Представляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры. Наиболее распространённый тип термометров сопротивления — платиновые термометры. Это объясняется тем, что платина имеет стабильную и хорошо изученную зависимость сопротивления от температуры и высокую стойкость к окислению, что обеспечивает их высокую воспроизводимость. Эталонные термометры изготавливаются из платины высокой чистоты с температурным коэффициентом 0,003925. В качестве рабочих средств измерений применяются также медные и никелевые термометры. Действующий стандарт на технические требования к рабочим термометрам сопротивления: ГОСТ 6651-2009 (Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний). В стандарте приведены диапазоны, классы допуска, таблицы НСХ и стандартные зависимости сопротивление-температура. Стандарт соответствует международному стандарту МЭК 60751 (2008). В стандарте отказались от нормирования номинальных сопротивлений при нормальных условиях. Начальное сопротивление изготовленного терморезистора может быть любым. Промышленные платиновые термометры сопротивления в большинстве случаев считаются имеющими стандартную зависимость сопротивление-температура (НСХ), что обуславливает погрешность не лучше 0,1 °C (класс АА при 0 °C). Термометры сопротивления, изготовленные в виде напыленной на подложку плёнки, отличаются повышенной вибропрочностью, но меньшим диапазоном рабочих температур. Максимальный диапазон, в котором установлены классы допуска платиновых термометров для проволочных чувствительных элементов составляет 660 °C (класс С), для плёночных 600 °C (класс С).

Термисторы

Основная статья: Терморезистор

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. Для термисторов характерны большой температурный коэффициент сопротивления, простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени. Они могут иметь весьма малые размеры, что существенно для измерений температуры малых объектов. Обычно термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, в отличие от металлов.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...