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第一篇 低温基础技术 1

第一章 低温实验室 1

第一节 规划 1

第二节 液化车间 2

第三节 实验室和设备 3

第二章 制冷剂及其性质 7

第一节 氦 7

第二节 氢(重氢、氚) 13

第三节 氖 16

第四节 氮 16

第五节 氧 17

第六节 空气 19

文献 19

第三章 气体的液化 23

第一节 气体的性质 23

第二节 制冷循环 31

第三节 液化装置的绝热地 40

文献 43

第四章 传热和绝热 45

第一节 固体的热传导 45

第二节 气体分子的传热 49

第三节 辐射传热 51

第四节 边界面上的传热——卡皮查热阻 52

第五节 传热的应用——试样的冷却 53

第六节 防止固体传热——热固定 54

第七节 真空绝热——防止气体分子传热 55

第八节 热屏蔽——防止辐射传热 56

第九节 粉末绝热——超绝热 57

第十节 热开关 58

第十一节 防止由振动和电波引起的发热 60

第十二节 真空技术(付) 61

文献 66

第五章 制冷剂的贮存和输送 69

第一节 贮存用杜瓦容器 69

第二节 液面计 73

第三节 输送 76

文献 79

第六章 低温恒温器的设计与制造 80

第一节 低温恒温器概述 80

第二节 制冷剂贮存容器内的实验装置 83

第三节 玻璃杜瓦瓶式低温恒温器 84

第四节 普通金属杜瓦瓶的设计 87

第五节 极细的液氦杜瓦瓶 89

第六节 液态4He降至极低温时的低温恒温器 90

第七节 具有窗口的氦杜瓦瓶 92

第八节 测量机械性能的杜瓦瓶 93

第九节 精确测量试样热量的低温恒温器 94

第十节 低温恒温器设计制造中的各种技术 95

文献 98

第七章 温度控制 99

第一节 低温下的温度控制 99

第二节 液态制冷剂的蒸气压控制——稳压器 99

第三节 电加热的控制方法 102

第四节 制冷剂液态沸点以上的温度控制 104

第五节 活性炭吸附气体的方法 105

文献 106

第八章 温度测定 107

第一节 绝对温度和国际温标 107

第二节 低温温度计的种类与灵敏度 112

第三节 气体温度计 113

第四节 蒸气压温度计 117

第五节 热电偶 119

第六节 电阻温度计 121

第七节 磁性温度计 124

第八节 其他型式温度计 125

文献 126

第九章 3He恒温器和3He—4He恒温器 128

第一节 前言 128

第二节 3He恒温器 128

第三节 利用3He—4He混合热的恒温器 134

第四节 追记 138

文献 139

第十章 绝热去磁 141

第一节 前言 141

第二节 制冷剂的顺磁性盐 141

第三节 绝热和传热 144

第四节 温度测定 157

第五节 实验装置 164

第六节 核绝热去磁 170

文献 186

第十一章 低温机器的材料 191

第一节 结构材料 191

第二节 各种材料的低温特性与使用方法 199

文献 211

第二篇 低温物理实验 216

第十二章 热学性质的测量 216

第一节 比热 216

第二节 热导 224

文献 229

第十三章 电学性质的测量 232

第一节 金属的电阻 232

第二节 电阻和电压的测量 233

第三节 引线的选择和连接 239

文献 240

第十四章 磁学性质的测量 214

第一节 交流磁化率 241

第二节 德哈斯——范阿芬效应 248

文献 260

第十五章 光学性质的测量 261

第一节 序言 261

第二节 可见、紫外区测量 261

第三节 红外区测量 265

第四节 光学窗口的安装 265

第五节 远红外区测量 266

文献 272

第十六章 超导实验 275

第一节 引言 275

第二节 超导电性概念 275

第三节 实验概要 283

第四节 基本量的测量 284

第五节 表面能及与其相伴生的现象 298

第六节 混合态(平衡态) 299

第七节 尺寸效应 300

第八节 宏观量子化现象的实验 300

第九节 超导磁体线材 302

第十节 超导磁体的设计 313

第十一节 超导电性在测量装置上的应用 317

文献 322

第十七章 超流实验 330

第一节 序言 330

第二节 从HeⅡ的发现到二流体模型 331

第三节 探索超流本质的实验 339

第四节 3He—4He混合液的研究 363

第五节 最新进展 365

第六节 附表(液氦热学性质的数据) 370

文献 373

第十八章 石墨—钾迭层化合物C8K的超导电性 379

第一节 摘要及前言 379

第二节 实验程序 380

第三节 实验结果 380

第四节 讨论 385

文献 389

附记 石墨迭层化合物的费米面、迁移及超导电性 391

文献 393

第十九章 石墨迭层化合物和钼的二硫化合物在强磁场中的电学特性 394

第一节 摘要及前言 394

第二节 石墨迭层化合物 395

第三节 1T-Ta的二硫化合物 403

文献 406

附记Ⅰ 1T-TaS2的异常磁阻效应 407

文献 408

附记Ⅱ 1T-TaS2的霍尔效应 409

文献 412

第二十章 石墨—钾迭层化合物的电学特性 413

第一部分 石墨—钾迭层化合物的电学特性Ⅰ—德哈斯-范阿芬效应和费米面 413

第一节 摘要及前言 413

第二节 实验程序 414

第三节 实验结果 414

第四节 讨论 415

第五节 结论 419

文献 429

第二部份 石墨—钾迭层化合物的电学特性Ⅱ—电阻率、霍尔效应和磁阻效应 430

第一节 摘要及前言 430

第二节 实验程序 433

第三节 实验结果和讨论 434

文献 441

附录 443

附表1 国际实用温标，IPTS-68定义定点 443

附表2 A.液态4He的饱和蒸气压和温度的关系——1958年温标 443

B.液态3He的饱和蒸气压和温度的关系——1962年温标 447

附表3 e-H2，N2，O2的饱和蒸气压和温度的关系 452

附表4 由T63，T68，T62求出的辅助定点 453

附表5 顺磁性系统的热力学函数 453

索引 456

低温实验用各种物性图表一览 9

制冷剂的性质 9

(1)主要制冷剂的性质：O2、N2、Ne、He、4He、3He的沸点、密度、潜热，三相点和压力、潜热……表2-1，表3-1，表3-2 9

(1)主要制冷剂的性质：O2、N2、Ne、He、4He、3He的沸点、密度、潜热，三相点和压力、潜热……表2-1，表3-1，表3-2 23

(1)主要制冷剂的性质：O2、N2、Ne、He、4He、3He的沸点、密度、潜热，三相点和压力、潜热……表2-1，表3-1，表3-2 24

(2)制冷剂(He、H2、N2)的予冷能力……表5-1 76

(3)焦耳—汤姆逊效应的转化曲线………图3-13，图3-14 30

(3)焦耳—汤姆逊效应的转化曲线………图3-13，图3-14 31

(4)液化气体的温度和饱和蒸气压……图3-1，图8-9 23

(4)液化气体的温度和饱和蒸气压……图3-1，图8-9 31

(5)液态3He和4He的温度和饱和蒸气压……附表2A，附表2B，图9-2 443

(5)液态3He和4He的温度和饱和蒸气压……附表2A，附表2B，图9-2 447

(6)液态H2、Ne、N2、O2的蒸气压和温度的实验公式……表8-2 112

(7)液态H2、N2、02的温度和饱和蒸气压……附表3 452

氢、氮、氧的低温物理性质 15

(1)氢气的导热系数和粘性系数(10-300K)……表2-7 15

(2)热平衡状态下仲氢的组成(20-273K)……表2-4，图3—12 14

(2)热平衡状态下仲氢的组成(20-273K)……表2-4，图3—12 29

(3)氢的正氢—>仲氢的变换热……表2-5 14

(4)正氢贮存于杜瓦瓶中时的蒸发和仲氢浓度的变化……图5-4 72

(5)氮气的比热(1-1000绝压，0——-125℃)……图3-11 28

(6)液态、固态氮的比热(15—80K)……图2-19 17

(7)液态氮的密度(63—80K)……图2-18 17

(8)液态氮的导热系数……图2-32 17

(9)液态氮的粘性系数……图2-21 17

(10)氮气的导热系数和粘性系数……表2-8，图3-7，图3-9 17

(10)氮气的导热系数和粘性系数……表2-8，图3-7，图3-9 27

(10)氮气的导热系数和粘性系数……表2-8，图3-7，图3-9 28

(11)氮的温熵图……图3-5 26

(12)液态氮的蒸发潜热(60-80K)……图2-20 17

(13)氮—氧系状态图(1绝压)……图2-27 18

(14)氧气的导热系数和粘性系数……表2-9 18

(15)液态氧的密度……图2-23 18

(16)液液氧的比热……图2-24 18

(17)液态氧的粘性系数……图2-25 18

(18)液态氧的磁化率……图2-26 18

氦(主要指液态氦)的物理性质 27

(1)氦气的粘性系数……图3-6 27

(2)氦气的导热系数……图3-8 27

(3)氦(4He)的第二维里系数……图8-4 114

(4)氦的温熵图……图3-4(a)、(b)、(c) 25

(5)氦的比热(6-20K、2-70绝压)……图3-10 28

(6)4He的P-T状态图……图17-2 331

(7)液态4HeP-T图……图6-2 81

(8)液态4He的状态图……图2-1 8

(9)液态4He的热力性质；密度、膨胀系数、比热，熵(0.01-4.4K)……表17-4 370

(10)液态氦的密度(1.2-4.2K)……表2-2，图2-2 9

(11)液态4He的比热(1.3-4.2K)……图17-5 333

(12)液态4He的比热(0.25-1.9K)……图17-52 353

(13)液态氦的比热……图2-3 9

(14)液态氦λ点附近的异常比热……图17-81 368

(15)液态氦(4He)的粘性系数……图2-6，图17-10 10

(15)液态氦(4He)的粘性系数……图2-6，图17-10 335

(16)液态氦(4He)的诱电率……图2-5、图17-4 9

(16)液态氦(4He)的诱电率……图2-5、图17-4 332

(17)液态氦(4He)的蒸发潜热……图2-4 9

(18)液态4He作为废气由低温下排出时的温度和残存液量……图6-13 90

(19)HeⅡ固有励磁的方差关系……图17-50、图17-75 352

(20)液态4He的音波吸收……图17-86 396

(21)液态4He中第一音波速度和吸收……图17-36,图17-40 347

(21)液态4He中第一音波速度和吸收……图17-36,图17-40 348

(29)液态4He中第二音波速度(1.1-2.2K、0.5-1.1K)……图17-26，图17-34 343

(29)液态4He中第二音波速度(1.1-2.2K、0.5-1.1K)……图17-26，图17-34 346

(23)HeⅡ中第一、第二、第四音波的音速和温度的关系……图17-46 350

(24)3He的状态图……图2-9 11

(25)3He-4He混合液的状态图……图2-14、图9-11、图17-70 13

(25)3He-4He混合液的状态图……图2-14、图9-11、图17-70 134

(25)3He-4He混合液的状态图……图2-14、图9-11、图17-70 340

(26)液态3He热力性质：密度、膨胀系数、比热、熵(O.01-3.2K)……表17-5 372

(27)液态3He的比容(0.2-1.6K)……表9-1 130

(28)液态3He的比热……图3-11 12

(29)液态3He的粘性系数……图2-12 12

(30)液态3He的磁化率……图2-13 13

(31)液态3He的蒸发潜热……图2-10 12

(32)液态3He和稀3He-4He溶液的导热度……图9-14 136

(33)相对于3He气体流动的有效阻力(1-300K)……图9-4 130

低温材料的性质 233

(1)各种纯金属的电阻率和温度的关系(还原为同一比例)……图13-1 233

(2)各种材料的电阻(4.2-295K)……表11-5 270

(3)各种材料的导热系数(0.1-300K)……表11-4 205

(4)各种材料的磁化率(1-4.2K)……表11-7 209

(5)绝热材料、导热材料的磁化率……表10-4 147

(6)各种材料的比热(0.1-300K)……表11-8 210

(7)各种材料的发射系数……表4-5 52

(8)各种材料的热膨胀(20-250K)……表11-9 211

(9)具有代表性的材料及其机械性能……表10-3 147

(10)各种塑料的机械性能……图11-10，图11-11，图11-12 198

(10)各种塑料的机械性能……图11-10，图11-11，图11-12 199

(11)各种塑料的玻璃化温度……表11-3 197

(12)金属材料拉力增大和温度的相互关系……图11-1 191

(13)软钢和不锈钢物理性质的比较……图11-1 191

(14)不锈钢的奥氏体稳定性……图11-2 192

(15)黄铜、铜的应力变形曲线和温度的相互关系……图11-3，图11-4 193

(15)黄铜、铜的应力变形曲线和温度的相互关系……图11-3，图11-4 194

(16)铝和铝合金的机械性质和温度的相互关系……图11-6，图11-7 195

(16)铝和铝合金的机械性质和温度的相互关系……图11-6，图11-7 196

传热热阻 205

(1)各种材料的导热系数(0.1-300K)……表11-4 205

(2)1K以下各种物质的导热系数……表10-2 146

(3)各种材料的导热系数和温度的相互关系(2-300K)……图4-3(a)，(b) 48

(4)热的不良导体导热系数的实验公式(＜4K)……表4-7 55

(5)热开关用超导体的导热系数……表4-8 59

(6)沿的导热系数(正常传导、超导)……图4-4 48

(7)石墨的导热系数(4-100K)……图4-5 49

(8)绝热用各种粉末的导热系数(减压下)……表3-8 42

(9)各种发泡剂的有效导热系数……表3-9 42

(10)液态氦和固体间的接触热阻……表10-6，表17-2 154

(10)液态氦和固体间的接触热阻……表10-6，表17-2 354

(11)液态氦表面和铜接触时边界层的热阻(0.03-1K)……图9-15 136

(12)液态3He的热阻和3He—铜的边界层的热阻……表9-2 137

(13)各种固体之间的接触热阻……表4-6，表10-5 54

(13)各种固体之间的接触热阻……表4-6，表10-5 152

(14)细管中通过HeⅡ时的传热……图17-87 373

(15)绝热材料、传热材料的磁化率……表10-4 147

(16)各种材料的辐射率……表4-5 52

超导 279

(1)强磁场超导体的转移温度和临界磁场……表16-3 279

(2)低温用各种材料、合金的超导转移温度和临界磁场……表11-6 208

(3)实用超导线材的Jc-H曲线……图16-32 306

(4)热开关用超导体的导热系数……表4-8 59

(5)铝的超导相的比热(0.1-1.OK)……图16-14 292

(6)铅的导热系数(正常传导，超导)……图4-4 48

温度测定 443

(1)国际实用温标IPTS-68的定点……附表1 443

(2)液态4He的饱和蒸气压和温度的关系(1958年制定)，(0.01-1700毫米汞柱、0.790-5.22K)……附表2A 443

(3)液态3He的饱和蒸气压和温度的关系(1962年制定)，(0.01-870毫米汞柱、0.197、3.32K)……附表2B 447

(4)e-H2、N2、O2的饱和蒸气压和温度的关系(760-2.0毫米汞柱)……附表2 452

(5)由T53、T53、T62求出的辅助定点……附表4 453

(6)IPTS-T68铂电阻温度计的电阻比与温度的关系(0℃-13.8K)……表8-1 110

(7)低温用电阻温度计的电阻和温度的关系……图8-12 121

(8)低温用热电偶的热电能……图8-11 120

磁热去磁 453

(1)顺磁性系统的热力学函数……附表5、图10-1 453

(1)顺磁性系统的热力学函数……附表5、图10-1 142

(2)CMN温度计的熵、磁化率和温度的关系……表10-9、表10-10 图10-10 161

(2)CMN温度计的熵、磁化率和温度的关系……表10-9、表10-10 图10-10 162

(3)绝热去磁用顺磁性盐的比热(0.015-0.7K)……图10-2 143

(4)铬钾矾、铁铵矾的温熵图(0.01-0.7K)……图10-8，图10-4 143

(5)铬钾矾的温熵图(0.2K以下，0.04K以下)……图10-9(a)、(b)，表10-7，表10-8 160

(6)核绝热去磁用核冷却剂的性质……表10-11～13 172

(6)核绝热去磁用核冷却剂的性质……表10-11～13 173

(7)金属冷却剂的冷却能……表10-4 147

(8)Van Vleok顺磁性的核冷却……表10-16 184