Термокопирование
Термокопи'рование,копировальный процесс, основанный на свойстве термочувствительных материалов изменять своё состояние под действием тепла (инфракрасных лучей). Термокопии изготовляют в контактным способом (на просвет или в отражённых лучах) на термореактивной бумаге (прямое, или термохимическое, копирование) либо на носителе копии с помощью термокопировальной бумаги или плёнки (косвенное, или термопластическое, копирование) с оригиналов, выполненных тушью, чёрным карандашом, отпечатанных на пишущей машине или типографским способом (элементы изображения таких оригиналов способны интенсивно поглощать тепло).
При экспонировании в инфракрасном свете светлые участки оригинала (пробелы) отражают большую часть лучей, а тёмные (элементы изображения) - поглощают лучи и при этом нагреваются. При прямом Т. тепло нагретого элемента оригинала вызывает в соприкасающемся с ним участке чувствительного слоя термореактивной бумаги химическую реакцию, вследствие которой образуется контрастное тёмное вещество ( рис. , а). При косвенном Т. чувствительный слой термопластической плёнки (или термокопировальной бумаги) под действием тепла расплавляется и переносится на носитель копии ( рис. , б) .Копии на термореактивной бумаге со временем темнеют вследствие воздействия тепла и света на пробелы, которые остаются теплочувствительными, поэтому срок их хранения ограничен. Термопластичное копирование позволяет получать печатные формы для размножения документов средствами ,а также копии для длительного хранения.
Лит.:Алферов А. В., Резник И. С., Шорин В. Г., Оргатехника, М., 1973.
А. Я. Манцен.
Схемы процессов термокопирования: а - прямого, б - косвенного, или переносного; 1 - инфракрасные лучи; 2 - оригинал (непрозрачные элементы изображения зачернены); 3 - термореактивная бумага (чувствительный слой не заштрихован); 4 - термокопия (после химической реакции); 5 - термокопировальная бумага (чувствительный слой не заштрихован); 6 - термокопировальная бумага после копирования; 7 - термокопия.
Термолюминесценция
Термолюминесце'нция, ,возникающая при нагревании вещества, предварительно возбуждённого светом или жёстким излучением. Наблюдается у многих ,минералов, некоторых стекол и органических люминофоров. Механизм Т. - рекомбинационный. При нагревании освобождаются электроны, захваченные ловушками, и происходит излучательная рекомбинация их с ионизованными при возбуждении центрами люминесценции. Т. применяется при исследовании энергетического спектра электронных ловушек в твёрдых телах, а также в минералогии. Центрами люминесценции минералов служат разнообразные структурные дефекты, определяемые условиями образования минералов, а также возникающие при облучении их ионизирующим излучением и при других внешних воздействиях. Спектр Т. минералов и характер высвечивания несут информацию о природе центров свечения, их энергетических параметрах, возрасте пород, их радиационной и термической истории. Наиболее интенсивной и сложной Т. обладают минералы, содержащие примеси редкоземельных элементов (флюорит, апатит, ангидрит и др.), а также многие силикаты (полевой шпат, кварц, содалит и др.), карбонаты, сульфаты.
Лит.:Марфунин А. С., Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах, М., 1975; Thermoluminescence of geological materials, L.- N. Y., 1968.
А. Н. Таращан.
Термомагнитные сплавы
Термомагни'тные спла'вы,ферромагнитные сплавы, имеющие резко выраженную температурную зависимость намагниченности в заданном магнитном поле. Это свойство проявляется в определённом интервале температур вблизи ,значения которых у Т. с. находятся между 0 и 200 °С. Известны 3 основные группы Т. с.: медно-никелевые (30-40% Cu), железо-никелевые (30% Ni) и железо-никелевые (30-38% Ni), легированные Cr (до 14%), Al (до 1,5%), Mn (до 2%). Типичные представители этих групп: , ,компенсаторы. Медно-никелевые сплавы могут применяться в области температур от -50 до 80 °С; их недостаток - низкие значения намагниченности. Железо-никелевые сплавы предназначены для работы от 20 до 80 °С; при отрицательных температурах в этих сплавах возможно изменение кристаллографической структуры, сопровождающееся повышением точки Кюри и снижением температурного коэффициента намагниченности. Наибольшее распространение получили легированные железо-никелевые сплавы. В зависимости от состава они могут применяться в узкой (от -20 до 35 °С) либо широкой (от -60 до 170 °С) температурных областях. На базе легированных железо-никелевых сплавов созданы многослойные термомагнитные материалы, имеющие лучшие магнитные характеристики, чем сплавы. Основная область применения Т. с. - термокомпенсаторы и терморегуляторы магнитного потока в измерительных приборах (гальванометров, счётчиков электроэнергии, спидометров и т. п.), выполняемые в виде шунтов, ответвляющих на себя часть потока постоянного магнита. Принцип действия такого шунта основан на том, что с повышением температуры резко уменьшается его намагниченность, вследствие чего увеличивается поток в зазоре магнита. Благодаря этому компенсируется погрешность прибора, связанная с температурными изменениями индукции магнита, электрического сопротивления измерительной обмотки, жёсткости противодействующих пружин. Т. с. применяются также в реле, момент срабатывания которых зависит от температуры.
Лит.:Займовский А. С., Чудневская Л. А., Магнитные материалы, М.- Л., 1957, с. 142-44; Прецизионные сплавы. Справочник, под ред. Б. В. Молотилова, М., 1974, с. 156-64.
А. И. Зусман.
Термомагнитные явления
Термомагни'тные явле'ния,группа явлений, связанных с влиянием магнитного поля на электрические и тепловые свойства проводников и полупроводников, в которых существует градиент температуры. Т. я., как и ,обусловлены воздействием магнитного поля на движущиеся частицы, несущие электрический заряд (электроны в проводниках, электроны и дырки в полупроводниках). Магнитное поле искривляет траекторию движущихся зарядов и, в частности, отклоняет текущий по телу электрический ток и связанный с переносом частиц поток теплоты от первоначального направления (см. ) .В результате появляются составляющие электрического тока и теплового потока в направлении, перпендикулярном магнитному полю, и наблюдаются др. явления.
Т. я. можно классифицировать, рассматривая взаимное расположение векторов: напряжённости магнитного поля Н,температурного градиента С Тв проводнике, плотности Wтеплового потока и вектора N,параллельного направлению, в котором измеряется явление. Т. я., измеряемые в направлении, перпендикулярном или параллельном первичному температурному градиенту, называются соответственно поперечными и продольными. Характерным примером Т. я. может служить возникновение в проводнике (металле) или полупроводнике электрического поля Е,если в теле имеется градиент температуры и в перпендикулярном к нему направлении накладывается магнитное поле Н( ) .Возникшее поле Еимеет как продольную, так и поперечную составляющие. К Т. я. относится также и ряд др. явлений.
Лит.:Блатт Ф. Д., Теория подвижности электронов в твердых телах, пер. с англ., М.-Л., 1963; Цидильковский И. М., Термомагнитные явления в полупроводниках, М., 1960.
Термометр
Термо'метр(от ...и ) ,прибор для измерения посредством контакта с исследуемой средой. Применение Т. исключительно разнообразно: существуют Т. бытового употребления (комнатные, для воздуха и воды, медицинские и др.); Т. технического применения, высокоточные Т. для исследовательских и метрологических работ и др. Действие Т. основано на таких физических свойствах, как тепловое расширение жидкостей, газов и твёрдых тел; на температурной зависимости давления газа или насыщенных паров, электрического сопротивления, термоэлектродвижущей силы, магнитной восприимчивости парамагнетика и т. д. (см. ) .
Наиболее распространены , , ,Т. термоэлектрические (см. ) .Для измерения применяют, кроме того, конденсационные Т., ,акустические Т., магнитные Т. Существуют Т. специального назначения, например , ,глубоководные Т.
Иногда применяют биметаллические Т., основанные на различии теплового расширения веществ, из которых изготовлены пластины их чувствительных элементов; кварцевые Т., основанные на температурной зависимости резонансной частоты ;ёмкостные Т., основанные на зависимости диэлектрической восприимчивости от температуры, и др.
Д. И. Шаревская.
Термометр жидкостный
Термо'метр жидко'стный(реже - жидкостный термометр), прибор для измерения ,принцип действия которого основан на жидкости. Т. ж. относится к непосредственного отсчёта.
Широко применяется в технике и лабораторной практике для измерения температур в диапазоне от –200 до 750 °С. Т. ж. представляет собой прозрачный стеклянный (редко кварцевый) резервуар с припаянным к нему капилляром (из того же материала). Шкала в °С наносится непосредственно на толстостенный капилляр (так называемый палочный Т. ж.) или на пластинку, жестко соединённую с ним (Т. ж. с наружной шкалой, рис. , а). Т. ж. с вложенной шкалой ( рис. , б) имеет внешний стеклянный (кварцевый) чехол. Термометрическая жидкость заполняет весь резервуар и часть капилляра. В зависимости от диапазона измерений Т. ж. заполняют пентаном (от -200 до 20 °С), этиловым спиртом (от -80 до 70 °С), керосином (от -20 до 300 °С), ртутью (от -35 до 750 °С) и др.
Наиболее распространены ртутные Т. ж., так как ртуть остаётся жидкой в диапазоне температур от -38 до 356 °С при нормальном давлении и до 750 °С при небольшом повышении давления (для чего капилляр заполняют азотом). Кроме того, ртуть легко поддаётся очистке, не смачивает стекло, и её пары в капилляре создают малое давление. Т. ж. изготавливают из определённых сортов стекла и подвергают специальной термической обработке («старению»), устраняющей смещение нулевой точки шкалы, связанное с многократным повторением нагрева и охлаждения термометра (поправку на смещение нуля шкалы необходимо вводить при точных измерениях). Т. ж. имеют шкалы с различной ценой деления от 10 до 0,01 °С. Точность Т. ж. определяется ценой делений его шкалы. Для обеспечения требуемой точности и удобства пользуются Т. ж. с укороченной шкалой; наиболее точные из них имеют на шкале точку 0 °С независимо от нанесённого на ней температурного интервала. Точность измерений зависит от глубины погружения Т. ж. в измеряемую среду. Погружать Т. ж. следует до отсчитываемого деления шкалы или до специально нанесённой на шкале черты (хвостовые Т. ж.). Если это невозможно, вводят поправку на выступающий столбик, которая зависит от измеряемой температуры, температуры выступающего столбика и его высоты. Основные недостатки Т. ж. - значительная тепловая инерция и не всегда удобные для работы габариты. К Т. ж. специальных конструкций относят , ,медицинские и др. Медицинские ртутные Т. ж. имеют укороченную шкалу (34-42 °С) и цену деления шкалы 0,1 °С. Действуют они по принципу максимального термометра - ртутный столбик в капилляре остаётся на уровне максимального подъёма при нагревании и не опускается до встряхивания термометра.
Лит.:см. при ст. .
Д. И. Шаревская.
Жидкостные термометры: а - комнатный термометр с наружной шкалой; б - лабораторный термометр с вложенной шкалой, имеющий на шкале точку 0°С.
Термометр манометрический
Термо'метр манометри'ческий,прибор для измерения ,действие которого основано на одном из трёх принципов: тепловом расширении жидкости, температурной зависимости давления газа и температурной зависимости давления насыщенных паров жидкости. Различают Т. м. газовые (азот), жидкостные (ртуть) и конденсационные, или парожидкостные (хлористый этил и др.). Конструктивно они представляют собой герметичную систему, состоящую из баллона, соединённого капилляром с пружинным манометром (показывающим или самопишущим). Т. м. широко распространены в качестве приборов технического назначения в диапазоне температур от -60 до 550 °С. Благодаря длине капилляра (до 60 м) они могут служить дистанционными термометрами. Шкала манометра, измеряющего давление в баллоне, градуирована непосредственно в °С.
Лит.см. при ст. .
Д. И. Шаревская.
Термометр опрокидывающийся
Термо'метр опроки'дывающийсяглубоководный, ртутный для измерения температуры воды в водоёмах на различных глубинах. Капилляр Т. о. 1(см. рис. ) выше резервуара 2имеет сужение в виде вилки 3,после чего он расширяется и образует петлю, а далее переходит в обычный цилиндрический канал, оканчивающийся небольшим расширением 4.После того как показания термометра установились, его резко поворачивают вверх резервуаром, вызывая этим отрыв столбика ртути, вошедшей в капилляр через сужение. Длина столбика ртути в капилляре служит мерой температуры. Петля предохраняет капилляр от дополнительного попадания в него ртути из резервуара при повышении температуры в более высоких слоях воды. В защитную стеклянную трубку Т. о. вмонтирован также обычный термометр 5,который показывает температуру в момент отсчёта и служит для внесения поправки в показания Т. о.
Лит.:Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях, Л., 1967; Дерюгин К. К., Степанюк И. А,, Морская гидрометрия, Л., 1974.
Глубоководный опрокидывающийся термометр.
Термометр сопротивления
Термо'метр сопротивле'ния,прибор для измерения ,принцип действия которого основан на изменении электрического сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников с температурой (на увеличении сопротивления Rс повышением температуры Т у и обратная зависимость Rот Ту ).
Широкое распространение получили Т. с. из чистых металлов, особенно платины (температурный коэффициент сопротивления
град
-1) и меди (a = 0,0044
град
-1)
,которые конструктивно представляют собой металлическую проволоку или ленту, намотанную на жёсткий каркас (из кварца, фарфора, слюды), заключённый в защитную оболочку (из металла, кварца, фарфора, стекла) с головкой, через которую проходят 2, 3 или 4 (наиболее точные Т. с.) вывода, соединяющие Т. с. с измерительным прибором (
рис.
). Платиновые Т. с. применяют для измерения температур в пределах от -263 до 1064 °С, медные - от -50 до 180 °С. Материал и конструкция Т. с. должны обеспечивать его чувствительность и стабильность, достаточные для требуемой точности измерений в заданном диапазоне температур при определённых условиях применения (вибрации, агрессивные среды и др.). Точность измерений температуры зависит также от точности прибора, которым измеряют сопротивление. Т. с. технического применения работают в комплекте с
,
,
(показывающими и самопишущими), шкалы которых градуированы непосредственно в °С в соответствии с таблицами зависимости
Rот
Тдля данного типа Т. с. При помощи высокоточных платиновых Т. с. воспроизводится
,проводятся точные измерения температуры и градуировка др. термометров в диапазоне 14-900 К.
В качестве лабораторных иногда применяют индиевые Т. с. (4-300 К) и бронзовые Т. с. (1-4 К).
Т. с. из полупроводников (композиционный углерод, легированный германий и др.) широко применяются для измерения низких температур (0,1-100 К) благодаря их высокой чувствительности. Т. с. этого вида представляют собой полупроводниковые пластинки (плёнки) различных габаритов и формы с приваренными металлическими выводами, помещаемые часто в защитную оболочку. В диапазоне температур 4,2-13,8 К применяют как особо точные германиевые Т. с. При температурах выше 100 К применение полупроводниковых Т. с. ограничено (сказываются их нестабильность и разброс индивидуальных характеристик, см. ) .
Лит.см. при ст. .
Д. И. Шаревская.
Общий вид платинового термометра сопротивления (а) и его чувствительный элемент (б): 1 - стальной чехол; 2 - чувствительный элемент; 3 - штуцер для установки термометра; 4 - головка для присоединения термометра к электроизмерительному прибору; 5 - слюдяной каркас; 6 - бифилярная обмотка платиновой проволоки; 7 - серебряная лента; 8 - слюдяная накладка; 9 - серебряные выводы.
Термометрия
Термометри'я(от ...и ... ) ,раздел прикладной физики, посвященный разработке методов и средств измерения температуры. Т. является также разделом ,в её задачи входит обеспечение единства и точности температурных измерений: установление ,создание ,разработка методик и приборов для измерения температуры.
Температура не может быть измерена непосредственно. Об её изменении судят по изменению других физических свойств тел (объёма, давления, электрического сопротивления, эдс, интенсивности излучения и др.), связанных с температурой определёнными закономерностями. Поэтому методы измерения температуры являются по существу методами измерения указанных выше термометрических свойств, которые должны однозначно зависеть от температуры и измеряться достаточно просто и точно. При разработке конкретного метода или прибора необходимо выбрать термометрическое вещество, у которого соответствующее свойство хорошо воспроизводится и достаточно сильно изменяется с температурой.
Для измерения температуры (при любом методе) необходимо определить температурную шкалу.
Методы измерения температуры разнообразны; они зависят от принципов действия используемых приборов, диапазонов измеряемых температур, условий измерений и требуемой точности. Их можно разделить на две основные группы: контактные методы - собственно термометрия, и бесконтактные методы - Т. излучения, или .
Общим и существенным для всех контактных методов измерения температуры является то, что всякий прибор, измеряющий температуру среды, должен находиться с ней в тепловом равновесии (см. ) ,то есть иметь одинаковую со средой температуру.
Основными узлами всех приборов для измерения температуры являются: чувствительный элемент, где реализуется термометрическое свойство, и связанный с ним измерительный прибор, который измеряет численные значения этого свойства.
В газовой Т. термометрическим свойством является температурная зависимость давления газа (при постоянном объёме) или объёма газа (при постоянном давлении), соответственно различают - постоянного объёма и газовый термометр постоянного давления. Термометрическое вещество в этих термометрах - газ, приближающийся по своим свойствам к идеальному. Уравнение состояния идеального газа pV= RTустанавливает связь абсолютной температуры Тс давлением р(при постоянном объёме V) или Тс объёмом V(при постоянном давлении). Газовым термометром измеряют термодинамическую температуру. Точность прибора зависит от степени приближения используемого газа (азот, гелий) к идеальному.
В конденсационных термометрах термометрическим свойством является температурная зависимость давления насыщенных паров жидкости. Чувствительный элемент - резервуар с жидкостью и находящимися с ней в равновесии насыщенными парами - соединён капилляром с манометром. Термометрические вещества - обычно низкокипящие газы: кислород, аргон, неон, водород, гелий. Для вычисления температуры по измеренному давлению пользуются эмпирическими соотношениями. Диапазон применения конденсационного термометра ограничен. Высокоточные термометры (до 0,001 град) служат для реализации реперных точек (см. ) .
В термометрическим свойством является жидкостей, термометрическим веществом - главным образом ртуть. При определении температуры не производят измерений объёма жидкости; для этого при изготовлении калибруют капилляр термометра в °С, то есть по его длине наносят отметки с интервалами, соответствующими изменению объёма при заданном изменении температуры. Точность термометра зависит от точности калибровки.
В ,которые являются приборами технического применения, используются те же термометрические свойства, что и в жидкостных или газовых термометрах.
В термометрическим свойством является температурная зависимость электрического сопротивления чистых металлов, сплавов, полупроводников; термометрического вещества выбираются в зависимости от области температурных измерений и требуемой точности. Для определения температуры по измеренному электрическому сопротивлению пользуются эмпирическими формулами или таблицами. Термометры для точных измерений (платина, легированный германий) градуируются индивидуально.
В термометрах термоэлектрических с в качестве чувствительного элемента термометрическим свойством является термо-эдс термопары; термометрические вещества разнообразны и выбираются в зависимости от области применения и требуемой точности. Для определения температуры по измеренной эдс также пользуются эмпирическими формулами или таблицами. В связи со спецификой термоэлектрического термометра (дифференциального прибора) его точность зависит от точности поддержания и измерения температуры одного из спаев термопары («реперного» спая).
Измерительные приборы, которыми определяют численные значения термометрических свойств ( , , , ,милливольтметры и т. д.), называются вторичными приборами. Точность измерения температуры зависит от точности вторичных приборов. Термометры технического применения обычно индивидуально не градуируются и комплектуются соответствующими вторичными приборами, шкала которых нанесена непосредственно в °С.
В диапазоне криогенных (ниже 90 К) и сверхнизких (ниже 1 К) температур, кроме обычных методов измерения температур, применяются специфические (см. ) .Это - (диапазон 0,006-30 К; точность до 0,001 град) ;методы, основанные на температурной зависимости и анизотропии g-излучения (ниже 1 К), термошумовой термометр с преобразователем на (ниже 1 К). Особой сложностью Т. в диапазоне сверхнизких температур является осуществление теплового контакта между термометром и средой.
Для обеспечения единства и точности температурных измерений служит Государственный эталон единицы температуры - ,что позволяет в диапазоне 1,5-2800 К воспроизводить Международную практическую температурную шкалу (МПТШ) с наивысшей достижимой в настоящее время точностью. Путём сравнения с эталоном значения температур передаются образцовым приборам, по которым градуируются и проверяются рабочие приборы для измерения температуры. Образцовыми приборами являются германиевые (1,5- 13,8 К) и платиновые [13,8-903,9 К (630,7 °С)] термометры сопротивления, платинородий (90% Pt, 10% Rd) - платиновая термопара (630,7-1064,4 °С) и оптический (выше 1064,4 °С).
Лит.:Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Методы измерения температуры. Сб., ч. 1-2, М., 1954; Температура и её измерение. Сб., пер. с англ., М., 1960; Сосновский А. Г., Столярова Н. И., Измерение температур, М., 1970.
Д. Н. Астров, Д. И. Шаревская.
Термометры метеорологические
Термо'метры метеорологи'ческие,группа специальной конструкции, предназначенных для метеорологических измерений главным образом на метеорологических станциях. Различные Т. м. в зависимости от назначения отличаются размерами, устройством, пределами измерений и ценой деления шкалы.
Для определения температуры и влажности воздуха пользуются ртутными психрометрическими Т. м. в стационарном и аспирационном .Цена их деления 0,2 °С; нижний предел измерения -35 °С, верхний 40 °С (или соответственно -25 °С и 50 °С). При температурах ниже -35 °С (вблизи точки замерзания ртути) показания ртутного Т. м. становятся ненадёжными; поэтому для измерения более низких температур пользуются низкоградусным спиртовым Т. м., устройство которого аналогично психрометрическому, цена деления его шкалы 0,5 °С, а пределы измерений варьируют: нижний -75, -65, -60 °С, а верхний 20, 25 °С.
Для измерения максимальной температуры за некоторый промежуток времени применяется ртутный максимальный Т. м. Цена деления его шкалы 0,5 °С; пределы измерения от -35 до 50 °С (или от -20 до 70 °С), рабочее положение почти горизонтальное (резервуар слегка опущен). Показания максимальных значений температуры сохраняются благодаря наличию в резервуаре 1( рис. 1 ) штифта 2и вакуума в капилляре 3над ртутью. При повышении температуры избыток ртути из резервуара вытесняется в капилляр через узкое кольцеобразное отверстие между штифтом и стенками капилляра и остается там и при понижении температуры (так как в капилляре вакуум). Таким образом, положение конца столбика ртути относительно шкалы соответствует значению максимальной температуры. Приведение показаний термометра в соответствие с температурой в данный момент производят его встряхиванием. Для измерения минимальной температуры за некоторый промежуток времени используются спиртовые минимальные Т. м. Цена деления шкалы 0,5 °С; нижний предел измерений варьирует от -75 до -41 °С, верхний от 21 до 41 °С. Рабочее положение Т. - горизонтальное. Сохранение минимальных значений обеспечивается находящимся в капилляре