Стр. 5 - Выбор метода исследования теплопроводности ниобия в сверхпроводящем состоянии

Продолжением этого метода стал разработанный квазистационар-

ный

3

ω

метод измерения теплопроводности и теплоемкости [8], в ко-

тором используется переменный ток вместо постоянного. Этот метод

позволяет одновременно и независимо определить теплопроводность

и теплоемкость образца. Переменный ток, пропускаемый через обра-

зец с частотой

ω

, и создает колебания температуры образца с частотой

2

ω

. Сопротивление образца, зависящее от температуры, также изме-

няется с частотой

2

ω

. Таким образом, напряжение на концах будет

изменяться с частотой

3

ω

в соответствии с соотношением

V

3

ω

≈

4

I

3

ρ

e

ρ

0

e

π

4

κ

q

1 + (2

ωγ

)

2

L

S

3

,

где

V

3

ω

— среднеквадратическое значение измеряемого напряжения;

I

— среднеквадратическое значение тока;

ρ

e

— удельное электриче-

ское сопротивление,

ρ

0

e

≡

(

dρ

e

/dT

)

;

κ

– теплопроводность образца;

γ

— характеристическая постоянная времени для процесса радиальной

теплопроводности:

γ

≡

L

2

ρC

p

π

2

κ

,

где

L

— длина образца,

C

p

и

ρ

— удельная теплоемкость и плотность

материала. Значения теплопроводности и теплоемкости определяются

подгонкой кривой к экспериментальным данным. В некоторых вариа-

циях этого метода используется металлическая полоска, прикреплен-

ная к образцу, которая служит одновременно нагревателем и термо-

метром. Для получения более точных результатов при использова-

нии этого метода необходимо, чтобы соотношение длины и диаметра

l/d

≥

500

. Данный метод широко использовался в последние 10 лет

для определения теплопроводности новых материалов при низкой тем-

пературе [9, 10]. Одним из его преимуществ является возможность из-

мерения теплофизических свойств малых образцов массой

10

−

9

г [8].

Недавние исследования [11] показали, что информацию о теплопро-

водности можно получить, проводя измерения также на частотах 2

ω

и

ω

. Несмотря на все достоинства этих методов, они не подходят для

измерения теплопроводности сверхпроводящего ниобия по несколь-

ким причинам. Использование переменного тока для нагрева ниобия

в сверхпроводящем состоянии будет создавать поверхностные токи

в образце и распределение теплоты, отличающееся от рассматривае-

мого в этом методе. При выборе платиновой проволоки для нагрева

образца высокая погрешность измерения будет обусловлена низкой

чувствительностью платины как термометра. Для характерной тол-

щины листового ниобия

3

мм минимальная длина образца составит

190