| Zugriffsnummer | 22358 |
| Dokumenttyp | Dissertation |
| Peer Review | unbekannt |
| Sprache | Englisch |
| Titel | Properties of helium and gas thermometry |
| Autor(in); Institution |
Gaiser, Christof; 7.4, Temperatur, PTB-Berlin
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| Quelle/Jahr | (2008), 128 S. |
| Dissertationsvermerk | Dissertation, Humboldt-Universität Berlin, 2008 |
| ISBN | 978-3-8322-7552-5 |
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| Verlag | Aachen: Shaker |
| Freie Schlagworte | Gasthermometrie ; Virialkoeffizienten von Helium ; Polarisierbarkeit von Helium ; Boltzmann Konstante ; Gas thermometry ; Virial coefficients of helium ; Polarizability of Helium ; Boltzmann |
| Zusammenfassung | Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Dielektrizitätskonstanten-Gasthermometrie (DCGT) im Temperaturbereich von 2,4 K bis 26 K zur Bestimmung der thermodynamischen Temperatur. Die DCGT-Methode basiert als Primärthermometer auf der Messung der relativen Dielektrizitätskonstanten und des Druckes eines Gases. Dabei ist die Kenntnis der Polarisierbarkeit des Gases erforderlich, was nur für Helium mit der notwendigen Unsicherheit auf der Basis von theoretischen Rechnungen gewährleistet ist. Die durchgeführten Hochpräzisionsmessungen der thermodynamischen Temperatur zeigen im Vergleich zu Literaturdaten, dass die Methode das Potential besitz, in einem nun folgenden Experiment über die Bestimmung der Boltzmann-Konstante die Grundlage für eine Neudefinition der Basiseinheit Kelvin des Internationalen Einheitensystems zu schaffen. Vorraussetzungen hierfür sind die Messung der Größen Druck, Kapazitätsänderung und Temperatur mit bisher nicht erreichter geringer Unsicherheit. Der physikalische Schwerpunkt der Arbeit liegt jedoch auf der Untersuchung der Teilchenwechselwirkung von Helium Atomen. Hierbei ist die Zweiteilchenwechselwirkung von besonderem Interesse, die sich in dem zweiten Virialkoeffizienten widerspiegelt. Ein Vergleich zwischen den neuesten theoretischen Berechnungen und den hier gemessenen Werten zeigt den deutlichen Fortschritt von Experiment und Theorie. Besonderes Augenmerk wird dem tiefsten Temperaturbereich geschenkt. Dort werden neue, fundamentale Unterschiede zwischen den Isotopen 3He und 4He bereits in der Gasphase beobachtet. Diese werden im Rahmen verschiedener Theorien diskutiert und interpretiert. Abschließend erfolgt eine ausführliche Unsicherheitsbetrachtung der verschiedenen Komponenten, die letztendlich die Verlässlichkeit der hier beschriebenen Messungen untermauert. In this study, dielectric-constant gas thermometry (DCGT) measurements of the thermodynamic temperature in the range between 2.4 K and 26 K are presented. The DCGT method as a primary thermometer is based on a measurement of the relative dielectric constant and the pressure of a gas. This requires the knowledge of the polarizability of the gas on the necessary level of uncertainty, which is achievable at present only for helium via theoretical calculations. A comparison of the high-precision measurements of the thermodynamic temperature with literature data shows that the method offers the potential for the determination of the Boltzmann constant with an uncertainty that is sufficiently small for a new definition of the base unit Kelvin. For this purpose, the measurement of pressure, capacitance changes and temperature on an unprecedented low level of uncertainty is required. The main physical emphasis of this work is placed on the study of the particle interaction between helium atoms. In this context, the two particle interaction, expressed in the second virial coefficient, is of special interest. A comparison between the latest theoretical calculations and the experimental data of this work points the progress of theory and experiment. Special attention is given to the measurements in the lowest temperature range. Already in the gas phase, new, fundamental differences between the isotopes 3He and 4He are observed. These are discussed and interpreted in the context of different theories. Finally a detailed treatment of the different uncertainty components corroborates the presented measurements. |
