科學網—玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準研究獲突破

2020-11-28 科學網

 

12月28日,由中國計量科學研究院承擔的《玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準研究》課題通過了國家質檢總局組織的專家驗收。該課題通過對玻爾茲曼常數測量和熱力學溫度基準及其關鍵技術的研究,建立玻爾茲曼常數測量裝置和光譜輻射法、噪聲法測量熱力學溫度裝置,使我國首次具備玻爾茲曼常數測量和輻射法熱力學溫度測量能力,步入國際計量前沿研究領域。

 

該課題為國家「十一五」科技支撐計劃重點項目「以量子物理為基礎的現代計量基準研究」項目中的一項。在研究過程中實現了多方面的創新:

 

建立國際首創的定程圓柱聲學法玻爾茲曼常數測量裝置,在新型傳感器應用、圓柱坐標系非理想因素修正分析體系建立、圓柱腔體絕對測量等幾個關鍵技術問題上有突破。新獲得的玻爾茲曼常數的相對標準不確定度與國際科技基本常數委員會(CODATA)2006年公布值的相對偏差小於1×10-6,成為目前國際計量界已獲得的幾個最高準確度的測量結果之一,使我國首次具備開展玻爾茲曼常數測量這一國際溫度計量界最尖端領域的實驗能力。對於我國參與溫度單位開爾文的重新定義與國際溫標賦值、緊跟國際溫度計量的發展趨勢具有裡程碑性的意義。

 

熱力學溫度基準研究方面,該課題組在國內首次建立了絕對輻射溫度計及與之配套的性能測量實驗裝置,自主完成對金屬-碳共晶點(鈷-碳、鉑-碳、錸-碳共晶點)和銀凝固點熱力學溫度測量,相對標準不確定度達到(1.0~1.7)×10-4。實現對高溫固定點的熱力學溫度賦值,對於我國參與為對新型高溫固定點熱力學溫度國際賦值測量具有重要意義。在噪聲法測量熱力學溫度方面,在國內首次研製了準絕熱法氬三相點裝置,達到擁有同類技術國際先進水平,並在國際上首次提出了噪聲溫度計殘餘電磁幹擾餘量修正方法,拓展了我國在中低溫區的熱力學溫度測量。

 

據了解,在此項研究過程中,課題組還建成了我國聲學法頻率測量前沿研究實驗室,所掌握的聲學共鳴、微波和雷射幹涉等尖端技術理論經驗,對於高溫熱力學溫度準確測量、流體物性準確測量、溫室氣體排放計量、核電反應堆等特殊環境溫度的可靠測量、空間站溫度開爾文單位可靠準確復現等領域的研究與應用,都具有重要的意義。

 

 

 

 

特別聲明:本文轉載僅僅是出於傳播信息的需要,並不意味著代表本網站觀點或證實其內容的真實性;如其他媒體、網站或個人從本網站轉載使用,須保留本網站註明的「來源」,並自負版權等法律責任;作者如果不希望被轉載或者聯繫轉載稿費等事宜,請與我們接洽。

相關焦點

  • 我國玻爾茲曼常數kB定義研究獲新突破
    kB定義研究獲新突破 新獲得的玻爾茲曼常數成為目前國際計量界4個最高準確度的測量結果之一
  • 我國進入國際計量界玻爾茲曼常數「第一梯隊」
    國際計量委員會(CIPM)建議採用自然基本常數——玻爾茲曼常數kB來定義熱力學溫度單位開爾文(K)。
  • 開爾文與玻爾茲曼常數
    那麼,什麼是玻爾茲曼常數?又如何精確測量玻爾茲曼常數呢?簡短的答案就是,玻爾茲曼常數是將物質的動能(E)和它的溫度(T)聯繫起來的常數:E=kBT。(玻爾茲曼常數是熱力學中不可或缺的工具,它是以統計力學的先驅之一——奧地利物理學家路德維格·玻爾茲曼的名字命名的。)熱力學溫度描述的是一群原子和亞原子粒子(例如一塊鐵中的原子,一個房間裡的空氣分子)的平均能量,表示為絕對零度以上幾個開爾文。
  • 我國精細結構常數測量水平成國際先進
    精確測量精細結構常數是確立新的國際單位制的重要一步,近日,由中國計量科學研究院承擔完成的「十一五」國家科技支撐計劃項目課題「精細結構常數測量關鍵技術及電容基準的研究」順利通過由金國藩院士為組長的專家組驗收。
  • 我國精細結構常數測量水平進入國際先進行列
    精確測量精細結構常數是確立新的國際單位制的重要一步,近日,由中國計量科學研究院承擔完成的「十一五」國家科技支撐計劃項目課題「精細結構常數測量關鍵技術及電容基準的研究」順利通過由金國藩院士為組長的專家組驗收。
  • 熱力學傳奇之十一:玻爾茲曼含冤而去,愛因斯坦為他沉冤昭雪
    對玻爾茲曼最大的詰難是來自於「唯能說」,和唯能說的交鋒耗盡了玻爾茲曼的精力,以至於玻爾茲曼自殺。玻爾茲曼常數等於理想氣體常數除以阿伏伽德羅常數,即R=kNA,其物理意義是單個氣體分子的平均動能隨熱力學溫度變化的係數,即Ek=(3/2)kT,Ek為分子的平均動能,T為絕對溫度。
  • 「溫度單位重大變革關鍵技術研究」獲國家科學技術進步獎一等獎
    長期以來,溫度測量的基本標尺——溫度單位依賴實物性質,制約了相關前沿科學和尖端技術的發展。為了改變這一現狀,米制公約最高權力機構要求使用至少兩種獨立方法,實現玻爾茲曼常數精確測定,重新定義溫度單位。這是溫度計量史上最重大的變革,將深刻影響科學和技術發展。
  • PN結特性研究與玻爾茲曼常數測定儀可開設的實驗
    1、測量同一溫度下,正向電壓隨正向電流的變化關係,繪製伏安特性曲線;   2、在同一恆定正向電流條件下,測繪PN結正向壓降隨溫度的變化曲線,計算靈敏度,估算被測PN結材料的禁帶寬度;   3、學習用Execl進行指數函數的曲線回歸的方法,並計算出玻爾茲曼常數;   4、探究:用給定的PN結測量未知溫度。
  • 通過確定玻爾茲曼常數,PTB正在為重新定義溫度單位鋪平道路
    換句話說,溫度的基本單位取決於性質可能變化的材料。但是這種情況即將發生變化:2018年秋季,開爾文以及國際單位制(SI)的所有其他單位都將根據由基本常數組成的堅實且不變的基礎而重新定義。開爾文將以玻爾茲曼常數為基礎,來自德國聯邦物理技術研究院(PTB)的科學家現在已經通過介電常數氣體溫度計確定了這個常數,並且其準確度足以排除妨礙重新定義溫度單位開爾文的所有障礙。
  • 質量領域又獲國家科技進步一等獎!「溫度單位重大變革關鍵技術研究」項目榮獲國家科技進步一等獎
    溫度是最為廣泛使用的基本物理量之一,其準確測量事關科學研究、國防安全、能源環境和民生健康等領域。基於該項目發展的創新技術為國家重大工程第四代核反應堆堆芯溫度的直接測量提供了解決方案,提升了我國溫度量值傳遞的水平,為國防和航空航天等重要領域提供了溫度溯源支持。
  • 熱力學傳奇之十三:被逼死的玻爾茲曼的理論推導出了第三定律
    能斯特是奧斯特瓦爾德的學生,就是那個和玻爾茲曼論戰,後來導致玻爾茲曼自殺的奧斯特瓦爾德,當年在論戰中能斯特是否搖旗吶喊,為老師助陣不得而知,不過在論戰中,都加深了對玻爾茲曼理論的理解。能斯特的主要工作是在熱力學方面,企圖從測定比熱和反應熱來預測化學反應過程的結果。如果反應是吸熱的,那麼所吸熱量將隨溫度下降而下降,達到絕對零度時吸熱量將變為零。能斯特假定在絕對零度時這種減少發生的速度也變為零。作為其結果引出了能斯特熱定理,它表明如果反應在絕對零度時在純粹的結晶固體之間發生,那麼熵就沒有變化。
  • 玻爾茲曼與奧斯特瓦爾德「原子」之爭,掀開了微觀世界的大門
    對這一矛盾,玻爾茲曼給出了對於原子和分子存在的假定及對熱力學第二定律統計意義上的解釋,奧斯特瓦爾德及眾多「純粹熱力學」的擁護者便想更進一步試圖去否定分子運動論和統計力學的合理性。而化學界之所以接受原子論也是因為這個理論的實用性——可以解釋化學反應的本質。
  • 二極體PN結中的玻爾茲曼常數
    表示,是指有關於溫度及能量的一個物理常數玻爾茲曼是一位奧地利物理學家,在統計力學的理論有重大貢獻,玻爾茲曼常數具有相當重要的地位。▲ 直接對2N3904 b-e PN結測量對應的電壓與電流之間的關係曲線根據測量的電壓電流曲線,可以得到對應的模型參數和Boltzmann常數如下:
  • 宇宙中的最低和最高溫度,科學家們是怎麼測量出來的?
    我們在測量一個物體的溫度時,這個數值反映的是這個物體整體的物理狀態,而並非個別粒子或者局部粒子的平均動能,在熱力學中,對於理想氣體來說,在一個封閉系統中,所有氣體分子的平均動能與熱力學溫度之間存在著一個正比的關係,這個比例被稱為玻爾茲曼常數。
  • 太陽的溫度是如何測量的?
    說起溫度,我們基本都能想到可以通過溫度計測量,不過太陽表面的溫度非常高,目前我們人類所能製造出的所有材料在這種溫度下都會發生熔化,更不要說溫度計了。而且太陽距離地球非常遙遠,直接通過工具測量非常的不現實,那麼太陽溫度是如何測量出來的呢。為了測量太陽的溫度,我們需要了解下黑體輻射的概念以及斯特藩-玻爾茲曼定律。
  • 國際單位制修訂獲全票通過 國際測量界的百年夙願終成真!
    SI基本單位中的4個,即千克、安培、開爾文和摩爾分別改由普朗克常數h、基本電荷常數e、玻爾茲曼常數k和阿佛加德羅常數NA定義。這是SI自1960年創建以來最為重大的變革,是科學進步的裡程碑。國際單位制(SI)是全球一致認可的測量體系。
  • 計量單位:告別實物基準迎來自然常數
    「不靠譜」的實物基準  國際單位制共有7個基本的計量單位:時間單位「秒」、長度單位「米」、質量單位「千克」、熱力學溫度「開爾文」、電流單位「安培」、發光強度單位「坎德拉」和物質的量單位「摩爾」。起初,計量單位都是基於實物或物質的特性來定義。