Магнитная термометрия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Магнитная термометрия - метод измерения низких температур, основанный на существовании сильной температурной зависимости магн. свойств ряда веществ. В более узком смысле термин "М. т." относится к методу измерения температур, в к-ром термометрич. параметром служит магнитная восприимчивость

пара-магн. соли или ядерного парамагнетика. В этом методе за магн. температуру принимается величина

, где С - константа в Кюри законе (иногда вместо закона Кюри используют Кюри-Вейса закон). В области температур, в к-рой выполняется закон Кюри,

совпадает с абс. термодинамич. температурой Т. При понижении температуры значения Т и

могут существенно различаться. Для установления связи между Т* и Т в этом случае проводят калибровку используемой парамагн. соли, исходя из второго начала термодинамики

где

- теплоёмкость, измеренная с помощью магн. термометра, S - энтропия, Н - магн. поле. Величину

находят экспериментально, адиабатически размагничивая соль от разл. начальных значений магн. поля и вычисляя зависимость S (H)при высоких темп-pax, где парамагн. соль подчиняется закону Кюри. Одновременно измеряют получаемую при размагничивании от данного значения поля температуру

. Т. о. находят зависимость

и соответственно величину

, Практически магн. температуру

переводят в абсолютную, используя таблицы, составленные для ряда солей.

М. т. применяется для измерения как температуры магн. подсистемы парамагнетика, так и температуры др. подсистем, приведённых в тепловое равновесие с магн. подсистемой. Для измерения температур в диапазоне 1/0,01К обычно применяется церий-магниевый нитрат (ЦМН), магн. восприимчивость к-рого подчиняется закону Кюри - Вейса. Этой зависимостью удобно пользоваться до температур

(Т_с - темп-pa упорядочения, для ЦМН

. При более низких темп-pax магн. восприимчивость ЦМН описывается более сложной зависимостью. Для измерения более низких температур (до ~1 мК) используют ЦМН, в к-ром Се частично замещён La. Восприимчивость парамагн. соли измеряют мостами перем. тока по сравнению взаимоиндуктивности двух одинаковых катушек, в одной из к-рых находится образец соли, а при малых количествах соли - сверхпроводящим квантовым интерферометром магн. потока - СКИМП (или Сквид)[разрешение по температуре

=0,001 К^-1 удаётся получить с использованием только 1 мг соли].

Магн. термометр на основе парамагн. соли является вторичным. Его калибруют, определяя константы в законе Кюри или Кюри - Вейса др. методом (по другому термометру), обычно в области температур 2-0,5 К. Точность измерения магн. температуры в этом диапазоне не превосходит 0,1%.

Для измерения в миллиградусном и микроградусном диапазоне температур используют датчики на основе ядерного магнетизма веществ (Си, Al, Tl, Pt, Auln₂), у к-рых ядерная магн. восприимчивость подчиняется закону Кюри. Т. к. ядерная восприимчивость на неск. порядков меньше электронной, особое внимание приходится уделять чистоте используемых веществ. Статич. методы измерения ядерной намагниченности с использованием СКИМПа (сквида) пригодны только для образцов, в к-рых магнетизм электронов не влияет на результаты при всех темп-pax, при к-рых проходят измерения. Насыщение намагниченности электронной составляющей достигается наложением достаточно больших внеш. магн. полей. К преимуществам статич. метода измерения ядерной намагниченности относится малая мощность, выделяемая в термометре, к-рая может быть уменьшена до очень малой величины (

Вт).

Резонансные методы измерения ядерной намагниченности имеют очевидное преимущество по сравнению со статическими, т. к. ларморовские частоты ядер и электронов аримесных атомов различаются на неск. порядков. Используются как непрерывные, так и импульсные методы ядерного магнитного резонанса. В случае ЯМР, осуществляемого в непрерывном режиме, восприимчивость ядер измеряется по величине сигнала поглощения радиочастотного (РЧ-) поля, а в импульсном режиме - по величине сигнала индукции. Методы непрерывного ЯМР позволяют проводить измерения с большей точностью, чем импульсные методы, однако весьма серьёзным мешающим фактором является перегрев ядерной спиновой системы РЧ-полем. При импульсном ЯМР величина сигнала индукции пропорциональна величине намагниченности ядер до подачи РЧ-импульса. Поэтому, увеличивая значение задержки между импульсами, можно контролировать перегрев ядерной спиновой системы.

Наиб. распространён платиновый импульсный ЯМР-термометр. В платине время ядерной спин-решёточной релаксации

подчиняется закону Коринги

с малой величиной постоянной Коринги

что обеспечивает быстрое установление равновесия между температурой ядер и электронов проводимости. Кроме того, измерение

часто используют для самокалибровки платинового ЯМР-термометра. К перспективным видам М. т. для миллиградусной области температур относится использование СКИМПа в методах ЯМР, что позволит существенно уменьшить погрешности измерений за счёт снижения мощности, выделяемой в ядерную спиновую систему.

Литература по магнитной термометрии

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.