低温物理实验的原理与方法PDF电子书下载

第一章 温标和温度基准 1

1.1 温度的概念和热力学温标 1

1.1.1 温度和温标 1

1.1.2 热力学温标 2

1.1.3 理想气体温标 4

1.2 温度基准 5

1.2.1 气体温度计 5

1.2.2 噪声温度计 13

1.2.3 声学温度计 16

1.2.4 磁温度计 18

1.3 国际实用温标 21

1.3.1 国际实用温标的由来和发展 21

1.3.2 1968年国际实用温标（IPTS-68） 23

1.3.3 1976年0.5—30K暂行温标（EPT-76） 29

参考文献 31

第二章 温度的测量 33

2.1 利用气体性质的温度计 34

2.1.1 实用气体温度计 34

2.1.2 蒸气压温度计 38

2.2 电阻温度计 47

2.2.1 金属电阻温度计 48

2.2.2 半导体电阻温度计 57

2.3 温差电偶温度计 68

2.3.1 温差电偶测温原理及连接方法 68

2.3.2 低温温差电偶温度计的类型和分度 72

2.3.3 温差电偶的制作和参考点的选择 83

2.4 其它温度计 84

2.4.1 pn结温度计 84

2.4.2 电容温度计 86

2.5 温度计在磁场中的性能 87

2.5.1 电阻温度计 87

2.5.2 温差电偶温度计 89

2.6.1 直流法 92

2.6 低电势与电阻的精密测量方法 92

2.6.2 交流法 99

2.7 低温温度计的选择、分度和安装 101

2.7.1 低温温度计的选择 101

2.7.2 实用低温温度计的分度 102

2.7.3 低温温度计的安装和使用 104

参考文献 106

3.1.1 相图 112

3.1 概述 112

第三章 低温流体 112

3.1.2 一些有关的物理性质 113

3.2 氮（N2） 115

3.2.1 物理性质数据 115

3.2.2 液氮的应用 115

3.3 氧（O2） 119

3.4 氖（Ne） 122

3.5 氢（H2） 123

3.5.1 正氢和仲氢、正常氢和平衡氢 124

3.5.2 物理性质数据 128

3.5.3 液氢的应用与安全 128

3.6 氦4（4He） 133

3.6.1 零点能效应 134

3.6.2 λ相变和相图 136

3.6.3 超临界氦和两相氦 139

3.6.4 物理性质数据 146

3.7.1 零点能效应 147

3.7 氦3（3He） 147

3.7.2 物理性质数据 149

参考文献 156

第四章 材料的低温物理性质 158

4.1 热容 158

4.1.1 定义 158

4.1.2 晶格热容和电子热容 159

4.1.3 材料的热容 160

4.1.4 热容的温度特性与低温物理实验 162

4.2 热膨胀 163

4.3 材料的电与磁特性 166

4.3.1 纯金属的电阻 166

4.3.2 合金的电阻 169

4.3.3 磁致电阻 169

4.3.4 绝缘材料的电性能 170

4.3.5 结构材料的低温磁性 170

4.4 热导 170

4.4.1 非金属材料的热导 170

4.4.2 纯金属材料的热导 173

4.4.3 合金材料的热导 175

4.5 力学性质 176

4.5.1 金属材料的力学性质 176

4.5.2 非金属材料的力学性质 179

4.6 常用材料的特性 180

4.6.1 金属材料 180

4.6.2 非金属材料 183

4.6.3 粘接材料 185

参考文献 201

5.1 辐射传热 204

5.1.1 物体的热辐射 204

第五章 传热 204

5.1.2 两物体之间的辐射传热 208

5.1.3 减小辐射传热的方法 210

5.2 气体传热 211

5.2.1 分子平均自由程和气体传热 211

5.2.2 适应系数 213

5.3.1 基本关系式 214

5.3 固体传热 214

5.3.2 热阻的串联与并联 215

5.3.3 非稳定情况——暂态传热 217

5.4 界面传热和卡皮查（Капича）热阻 219

5.4.1 固体－固体界面传热 220

5.4.2 固体－液体界面传热 221

5.4.3 卡皮查热阻 225

5.5.1 从杜瓦瓶口向低温部分的辐射传热 227

5.5 传热计算举例 227

5.5.2 沿杜瓦容器颈管的漏热 230

参考文献 232

第六章 低温液体的使用 233

6.1 氦液化器的配置和使用 233

6.2 杜瓦容器 235

6.2.1 实验用玻璃杜瓦瓶 235

6.2.2 实验用金属杜瓦瓶 240

6.2.3 贮存和运输用的杜瓦容器 243

6.3 输液杜瓦管 246

6.3.1 输液杜瓦管的结构和制作 246

6.3.2 输液杜瓦管的使用 249

6.4 实验用液氦杜瓦瓶的灌注 250

6.5 液面的测量 255

6.5.1 静液压法 255

6.5.2 热声振荡法 257

6.5.3 电容法 258

6.5.4 电阻法 261

6.5.5 其它方法 264

6.6 安全知识 264

参考文献 265

第七章 低温恒温器（Ⅰ）——主要类型及温度控制 267

7.1 减压降温恒温器 268

7.1.1 减压降温 268

7.1.2 减压液池 269

7.1.3 减压降温过程中低温液体的消耗 272

7.1.4 蒸气压的控制 273

7.2 高真空绝热恒温器 276

7.2.1 高真空绝热恒温器 276

7.2.2 热开关 279

9.7.2 银焊 280

7.3 电加热控温 284

7.3.1 感温元件的选择 284

7.3.2 控温的方法 285

7.3.3 控温电路举例 287

7.4 连续流恒温器 293

7.4.1 实例 293

7.4.2 优缺点 295

7.4.3 连续流控温 297

7.4.4 其它类型的连续流恒温器 300

7.5 其它恒温器 302

7.5.1 漏热恒温器 302

7.5.2 插入贮槽的恒温器 305

7.5.3 制冷机冷却的恒温器 307

7.5.4 活性炭退吸附恒温器 308

参考文献 308

第八章 低温恒温器（Ⅱ）——实例及一些技术问题 311

8.1 实用恒温器及测量举例 311

8.1.1 校准温度计用恒温器 311

8.1.2 热导测量用恒温器 313

8.1.3 光学和X射线研究用恒温器、窗口 316

8.1.4 磁测量用恒温器 317

8.1.5 核磁共振（NMR）测量 320

8.1.6 微波测量用恒温器 323

8.1.7 扭摆 324

8.1.8 低温拉伸用恒温器 327

8.2 真空室，引线热沉及其它 328

8.2.1 真空室 328

8.2.2 同轴线 330

8.2.3 电引线的热沉 331

8.2.4 超导线的连接 332

8.2.5 实验杜瓦顶部辐射的减小 333

8.2.6 实验杜瓦中温度的分布 336

8.2.7 热声振荡 338

8.3 恒温器设计小结 340

参考文献 343

第九章 真空技术 345

9.1 真空系统 346

9.1.1 真空系统的构成和使用 346

9.1.2 极限真空度 351

9.1.3 抽气速率 352

9.2 检漏技术 356

9.3.1 真空系统的抽速 361

9.3.2 系统的真空度 361

9.3 高真空绝热恒温器的抽真空 361

9.3.3 低温泄漏现象 362

9.4 杜瓦容器的抽真空 363

9.4.1 吸附剂 363

9.4.2 除气 364

9.4.3 封口 365

9.5 减压降温的抽空设备和管路 368

9.6 冷凝泵和吸附泵 370

9.6.1 冷凝泵 370

9.6.2 吸附泵 373

9.7 焊接 374

9.7.1 锡焊和伍德合金焊 375

9.7.3 氩弧焊 381

9.8 真空密封 383

9.8.1 用环氧树脂的密封 383

9.8.2 密封圈的使用 384

9.8.3 锥形密封 387

9.8.4 管子的螺纹连接及其它 388

9.8.5 室温下电引线的密封 388

参考文献 390

第十章 热容的测量 391

10.1 绝热量热法 392

10.1.1 热脉冲方法 392

10.1.2 连续量热法 396

10.1.3 差分量热法 397

10.2 非绝热量热法 399

10.2.1 热弛豫方法 399

10.2.2 交流量热法 405

10.2.3 测量小样品热容的各种方法的比较 410

10.3 热容测量中的漏热计算 411

参考文献 414

第十一章 氦的特性 416

11.1 HeⅡ的特性 416

11.1.1 超流动性 416

11.1.2 热－机械效应 421

11.1.3 热传导 422

11.1.4 波的传播 423

11.1.5 液氦膜 424

11.1.6 涡旋线和临界速度 425

11.2 3He的特性 426

11.2.1 固态和液态的熵 426

11.2.2 3He的超流相 429

11.3 3He-4He混合液体 433

11.3.1 3He-4He混合液体的相分离 433

11.3.2 3He-4He混合液体的一些物理性质 434

参考文献 435

第十二章 1K以下实验技术概述 436

12.1 He恒温器 436

12.1.1 恒温器的结构 437

12.1.2 恒温器的使用 438

12.1.3 连续循环工作方式 440

12.1.4 采用活性炭吸附泵的3He恒温器 441

12.2 稀释制冷 442

12.2.1 稀释制冷机的原理和循环3He的制冷机的结构 442

12.2.2 热交换器 446

12.2.3 蒸馏室 449

12.2.4 混合室 451

12.2.5 主流阻 452

12.2.6 稀释制冷机的使用 452

12.2.7 其它类型的稀释制冷机 454

12.3 波麦兰丘克制冷 455

12.4 顺磁盐绝热去磁 458

12.5 核绝热去磁 461

12.6 1K以下温度的测量 466

12.6.1 核取向温度计 467

12.6.2 核磁共振温度计 469

12.7 1K以下实验技术的特点和一些具体问题 471

12.7.1 漏热的减小 471

12.7.2 热平衡和热接触 477

参考文献 479

第十三章 超导电性与超导磁体 482

13.1 超导体的基本性质及其应用 482

13.1.1 超导体的基本性质 482

13.1.2 超导电性在低温物理实验中的一些应用 489

13.2 强磁场超导材料 490

13.2.1 强磁场超导材料 490

13.2.2 超导材料性能的测量 492

13.3 超导磁体 505

13.3.1 超导磁体的特点 505

13.3.2 中小型超导磁体的使用 509

13.3.3 磁体设计简介 519

参考文献 522

第十四章 超导量子干涉器件 526

14.1 约瑟夫森效应 526

14.1.1 直流约瑟夫森效应 527

14.1.2 交流约瑟夫森效应 529

14.1.3 弱连接超导体的各种形式 531

14.2.1 直流超导量子干涉器件（dcSQUID） 534

14.2 超导量子干涉器件的工作原理和测量方法 534

14.2.2 射频超导量子干涉器件（rfSQUID） 541

14.2.3 其它SQUID测量仪器 548

14.3 超导量子干涉器件的结构和使用 550

14.3.1 超导量子干涉器件的结构 550

14.3.2 磁通变换器和磁场梯度计 554

14.3.3 SQUID系统中的噪声 557

参考文献 558

附录 560