Измерение температуры с высокой точностью Опции

[Stanislav]

Вода - это вещество, лед и пар, тоже. Но разные. Если подумать, то это даже разные химические соединения.

Tanya, Ваши представления о природе вещей способны шокировать даже видавшего всякое меня.
Вот фрагмент диаграммы (агрегатных) состояний вещества вода.



А теперь покажите мне диаграммы состояния "вещества" лёд и "вещества" пар.

А льдом и паром (парАми) называют твёрдые и жидкие фазы не только воды, но и других веществ.

А кто писал -
Переохлаждение можно зафиксировать по виду кривой температуры жидкости при монотонном отбирании тепла из термостата. После замерзания она резко повысится.

Не надо передёргивать.
Я только отвечал на вопрос:

Напишите, как переохлаждение можно зафиксировать.

Вот я и написал. Возражения по существу есть?

Если нет, повторяю свой вопрос: где конкретно я писал о том, что воду-жидкость в процессе измерения нужно именно охлаждать?
Рекомендую на него всё-таки ответить. В противном случае, Ваши заявления придётся признать столь же безответственными, сколь и безграмотными.

ЗЗЫ. Извиняюсь перед Автором темы, но дефиниции всё-таки нужно было внести.

[Tanya]

Tanya, Ваши представления о природе вещей способны шокировать даже видавшего всякое меня.
А льдом и паром (парАми) называют твёрдые и жидкие фазы не только воды, но и других веществ.

Мне очень жаль, что Вы так шокированы.
Попробую Вас успокоить. Согласна с Вами.
Существует лед меди, углерода и других, как Вы выражаетесь, веществ.
Кстати, углерод тоже одинаковый, и графит, и сажа, и алмаз и углеродная вода... все это одно и то же.
У меня вот есть графит... Не хотите ли купить по цене алмаза. Большой кусок. Для Вас скидка.
Больше не беспокойтесь так. Я во всем с Вами согласная.

[Guest_orthodox_*]

Действительно, после переохлаждения при начале кристаллизации происходит подъем температуры, если очень медленно и плавно охлаждать - то при некоторых условиях можно и несколько градусов вниз проскочить , потом по всему обьему красиво так выпадают кристаллики и начинается длинный переходный процесс выравнивания температуры к правильному значению... Не совсем правильному. если точно - часть растворителя уже выморозится...Но не особо много...

Есть несколько способов сделать, чтобы это не мешало. Классический - переохлажденная в азоте тонкая проволочка, сейчас можно и попроще придумать.

[Stanislav]

Мне очень жаль, что Вы так шокированы.

Опять выдумываете. Где я говорил, что уже шокирован?
Впрочем, упёрнутость в купе с дремучестью способна-таки взять своё.

...Попробую Вас успокоить. Согласна с Вами.
Существует лед меди, углерода и других, как Вы выражаетесь, веществ.

Подобный лёд существует лишь в воспалённом воображении некоторых недоучек.
А вот метановый или, например, аммиачный лёд существует реально. Именно так называются твёрдые фазы вещества метан и вещества аммиак.
Точно так же, как и пары меди, которые являются газообразным состоянием вещества медь.

...Кстати, углерод тоже одинаковый, и графит, и сажа, и алмаз и углеродная вода... все это одно и то же.

Конечно, одинаковый, если гворить о химическом веществе.
Графит и алмаз - лишь различные фазы (аллотропные формы) твёрдого состояния вещества углерод. Первая стабильна, а вторая метастабильна - вот и вся разница.
Попробуйте посмотреть на картинку №3 из этой статьи.

www.ioffe.rssi.ru/journals/pjtf/2010/12/p39-47.pdf

Пытаться вникнуть не обязательно, но название-то Вас хоть способно насторожить? Или нет?

...У меня вот есть графит... Не хотите ли купить по цене алмаза. Большой кусок. Для Вас скидка.
Больше не беспокойтесь так. Я во всем с Вами согласная.

Таня, это уже конкретный флейм. Ещё раз повторится - буду просить модераторов отправить Вас в школу. Восполнять пробелы. Платно.

ЗЫ. Ах, Вы модератор ещё и этого раздела?! Чудны дела твои, господи...


-------------------------------------------------------------------

Действительно, после переохлаждения при начале кристаллизации происходит подъем температуры, если очень медленно и плавно охлаждать - то при некоторых условиях можно и несколько градусов вниз проскочить , потом по всему обьему красиво так выпадают кристаллики и начинается длинный переходный процесс выравнивания температуры к правильному значению... Не совсем правильному. если точно - часть растворителя уже выморозится...Но не особо много...

По-моему, здесь как раз и находится ключ к правильной методике измерений. Равномерно по всему объёму - как раз то, что нужно. Дальше будет температурная полка, которую и нужно измерять.
Значение её будет именно правильным, а тепловое равновесие при этом наступит очень быстро!

[Oldring]

Действительно, после переохлаждения при начале кристаллизации происходит подъем температуры, если очень медленно и плавно охлаждать - то при некоторых условиях можно и несколько градусов вниз проскочить

Да не на несколько градусов можно вниз проскочить в зону переохлаждения. А градусов так на сорок. До температуры спонтанной кристаллизации. Ну а на десяток-другой градусов - это очень даже обычно, если вода дистиллированная и на чистой поверхности сидит или в воздухе летает.

Поэтому пытаться измерять температуру плавления льда замораживая воду, а не плавя этот самый лед - это верх безграмотности постановки эксперимента. Каждому увлекающемуся физикой школьнику должно было быть известно, что так делать нельзя.

[Stanislav]

Да не на несколько градусов можно вниз проскочить в зону переохлаждения. А градусов так на сорок. До температуры спонтанной кристаллизации.

Всё зависит от степени криворукости, уважаемый.

...Поэтому пытаться измерять температуру плавления льда замораживая воду, а не плавя этот самый лед - это верх безграмотности постановки эксперимента.

Могу строго доказать факт технической безграмотности лица, заявляющего подобную чушь.

...Каждому увлекающемуся физикой школьнику должно было быть известно, что так делать нельзя.

Школьнику, может, и должно быть известно.
А вот экспериментатору - не обязательно.

Для Автора темы может быть интересна предлагаемая методика: сперва жидкость переохлаждается на пару-тройку градусов, гарантировано ниже температуры кристаллизации, а затем запускается сам процесс объёмной кристаллизации - для этого достаточно, например, тюкнуть по жидкости (ультра)звуковым импульсом, либо просто потрясти сосуд.
Тепловое равновесие наступит практически мгновенно - постоянная времени релаксации будет измеряться единицами секунд!
Главная проблема - обеспечение одинаковости температуры по объёму - решается таким способом кардинально.
Правда, для успешного проведения измерения, жидкость нужно соответствующим образом подготовить (очистить от центров кристаллизации).

ЗЫ. Уточнение. Щас прикинул - при облучении пробы переохлаждённой жидкости ультразвуком, постоянная времени установления термодинамического равновесия будет измеряться не секундами, а сотыми или даже тысячными долями секунды.
Равновесная температура после этого будет в точности равна температуре кристаллизации, и одинаковой по всему объёму. Просто класс...

ЗЗЫ. Сперва хотел посоветовать измерять температуру мелкодисперсной жидкостно-ледяной каши, помещённой в термостат, но предложенный выше способ гораздо красивее и точнее.

------------------------------------------
А Вам, Олдринг, с Таней сидеть за одной партой, ежли не прекратите молоть чепуху в темах, требующих понимания основ физики и техники.

[Guest_orthodox_*]

Ультразвуком не пробовали, но установление постоянной по объему температуры все же не быстро происходит.
Это легко понять , представив себе происходящие процессы на микроуровне...
Потому не нужно гарантированно проходить мимо стационарной температуры, а лучше загодя при подходе к ней
давать импульс для кристаллизации, тогда проскок небольшой и меньше время до установления.

И еще - при этих играх легко получить слишком много льда... в пропорции завышается нужный результат по концентрации..
В общем случае полка не горизонтальна, если только мы не имеем чистейший растворитель. Нужно ее начало.
Время идет, надо смотреть чтобы не переморозило и не оттаяло слишком...
В общем. все решаемо... Но каждый раз надо что-то делать...

Насчет ультразвука и вообще всего, что не является непосредственно вбрасыванием затравки в виде того же самого льда -
обычно неохотно начинается кристаллизация в самой близкой к точке замерзания точке. Вообще, чем дальше от нее - тем меньше причины нужны для вызывания начала кристаллизации...например, поцарапанный сосуд Чем ближе - тем хуже с этим...

Да не на несколько градусов можно вниз проскочить в зону переохлаждения. А градусов так на сорок.

Это отдельная задача, и решается она непросто.
До нескольких градусов можно ограничить, просто держа в зоне механоактивированные кристаллические обломки чего-то нерастворимого
(нерастворимого в пределах точности нужного эксперимента). Битое кварцевое стекло обычно устраивает.

[Stanislav]

Ультразвуком не пробовали, но установление постоянной по объему температуры все же не быстро происходит.
Это легко понять , представив себе происходящие процессы на микроуровне...

Не могли бы объяснить на пальцах?
По-моему, как раз наоборот - кристаллизация произойдёт мгновенно. Когда-то читал статью с описанием эксперимента, в которой каплю перегретой переохлаждённой жидкости замораживали ультразвуком на лету - за ~10 см пройденного пути она превращалась целиком в ледышку.
Упомянутый Вами характер выпадения кристаллов в перегретой (тьфу напасть, переохлаждённой ) жидкости и навёл меня на мысль об использовании именно её. Зачот, продолжайте в том же духе.

Потому не нужно гарантированно проходить мимо стационарной температуры, а лучше загодя при подходе к ней
давать импульс для кристаллизации, тогда проскок небольшой и меньше время до установления.

Нет, похоже, идею Вы таки не поняли.
В Вашем варианте неизбежно получим градиент температур по объёму. Принципиально не устраняемый.
А в моём - отсутствие всякого значимого градиента. Не зевай - измерять успевай только.

...И еще - при этих играх легко получить слишком много льда... в пропорции завышается нужный результат по концентрации..

Что значит "слишком много льда"? Теплоёмкость воды в жидкой фазе известна, удельная теплота плавления - тоже. Вот и рассчитывайте. Вывалившегося льда нужно не более единиц процентов относительно всей массы пробы. Для этого и предлагается переохлаждать всего лишь на несколько градусов.

Время идет, надо смотреть чтобы не переморозило и не оттаяло слишком...

А датчик температуры в образце у нас зачем?
С его помощью и контролируем переохлаждение жидкости до нужного градуса. А потом даём импульс.
Здесь инерционность датчика бОльшую роль играет. Надо, чтобы тау было не более ~1с, иначе лёд или растворится, или всплывёт. После чего появятся градиенты и погрешности, с ними связанные.

Насчет ультразвука и вообще всего, что не является непосредственно вбрасыванием затравки в виде того же самого льда -
обычно неохотно начинается кристаллизация в самой близкой к точке замерзания точке.

Ультразвук и есть вбрасывание затравок, причём по всему объёму пробы. После чего кристаллизация начинается также по всему объёму. Кристалликов льда вывалится больше там, где температура была более низкой, и меньше там, где она была более высокой. После этого в каждой точке объёма пробы установится одинаковая температура, в точности равная температуре кристаллизации.
За счёт того, что кристаллики льда будут находиться во взвешенном состоянии, термодинамическое равновесие по всему объёму продлится какое-то время, за которое нужно успеть измерить установившуюся температуру, причём нужно сделать несколько контрольных замеров, до того, как она начнёт меняться.

...Вообще, чем дальше от нее - тем меньше причины нужны для вызывания начала кристаллизации...например, поцарапанный сосуд Чем ближе - тем хуже с этим...

Кривые руки, думается, намного хуже.
Сосуд же царапать вовсе не обязательно.

[Oldring]

Это отдельная задача, и решается она непросто.

Иногда она решается гораздо проще чем хотелось бы. Самопроизвольно.

[Stanislav]

Иногда она решается гораздо проще чем хотелось бы. Самопроизвольно.

Самопроизвольно, Олдринг, кроме кошек, имеют свойство плодиться лишь непотребные мысли в гулкой бестолковке.
А в природе всё имеет свою причину и следствие.
Так что, вместо изъяснения загадками, попытались бы конкретизировать своё утверждение.

ЗЫ. Так можно охлаждать жидкость при измерении, или нет? Что-то Вы опять юлите.

[sera_os]

Прошу прощения, я не сильно по теме, но вот такие мысли возникли, а с датчиком (терморезистор) нечего "плохого" не случится во время перехода с одного состояния в другое (вода-лед)? Лед ведь немного расширяется, и датчик подожмет.

[Guest_orthodox_*]

ЗЫ. Так можно охлаждать жидкость при измерении, или нет?

К сожалению, другое невозможно.

По поводу остальных вопросов - можете попробовать с ультразвуком,
мое предчувствие предупреждает, что для локальных градиентов найдется повод и не один.
Возможно, хвосты там принципиально неустранимы по причине указанной выше -
чем ближе к равновесной точке, тем меньше у жидкости "желания" кристаллизоваться.
Потому прежде всего равновесие достигается возле кристаллов, выпавших первыми.
В моих экспериментах бывало и полностью на глаз равномерное выпадение кристаллов
в виде мути по всему обьему - но хвост все же был, почти как обычно.

Можете в виде компромисса давать импульсы все время по ходу охлаждения,
если они вообще эффективнее чем затравка. Мне не удалось обнаружить вариантов
лучше затравки. Кстати, ультразвук у мну был - но как-то не догадался тогда попробовать.

Не знаю, короче - пробовать надо...
Короче, неважно все это - была бы воспроизводимость...
И вымораживать много нельзя - все же точность напрямую зависит... "несколько процентов" д.б. учтенными или малыми.

[Stanislav]

Прошу прощения, я не сильно по теме, но вот такие мысли возникли, а с датчиком (терморезистор) нечего "плохого" не случится во время перехода с одного состояния в другое (вода-лед)? Лед ведь немного расширяется, и датчик подожмет.

Ага, это ещё один важный момент.
Сжать-то его не сожмёт: льда в пробе после кристаллизации будет ничтожно мало, если делать так, как я предлагаю - не более процента-двух.
Но переохлаждённый корпус датчика может быстро обрасти кристалликами льда, что ухудшит тепловой контакт между ним и веществом пробы.
Во избежание этого, датчик предлагается... греть. Измерительным током! Так, чтобы его температура в процессе охлаждения пробы выдерживалась близкой к ожидаемой температуре кристаллизации, или даже чуть-чуть выше.
В этом случае, нарастания льда не будет, и переходный процесс, вызванный тепловой инерцией датчика, можно сократить до минимума.
Ожидаемую температуру кристаллизации можно оценить, сделав предварительный замер.

В итоге, процесс измерения разбивается на два-три этапа.
1. "Пристрелка" - предварительное определение температуры кристаллизации.
2. "Огонь на поражение" - точный замер температуры с использованием данных первого этапа.
3. "Контрольный выстрел" (на любителя ) - третий замер, с использованием данных первых двух этапов и сличение с результатами второго.

Отстреляться можно будет достаточно быстро - думается, за время порядка десятка-двух минут при известной сноровке.

Как-то так...

-----------------------------------------------------

К сожалению, другое невозможно.

Ну, вообще-то, можно попробовать.
Что-то типа упомянутой выше "каши". Но её сперва нужно приготовить, потом погрузить в термостат, дождаться установления теплового равновесия... Гимор, короче: долго, нудно, и не факт, что выгорит...

...По поводу остальных вопросов - можете попробовать с ультразвуком,
мое предчувствие предупреждает, что для локальных градиентов найдется повод и не один.

Давайте искать подводные камни, а потом пути обхода, коль такая пьянка уж пошла.

...Возможно, хвосты там принципиально неустранимы по причине указанной выше -
чем ближе к равновесной точке, тем меньше у жидкости "желания" кристаллизоваться.

Простите, но придётся повторить: я не предлагаю переохлаждать до очень близкой точки.
Несколько градусов ниже точки замерзания - это уже большая величина.

...Потому прежде всего равновесие достигается возле кристаллов, выпавших первыми.

???

...В моих экспериментах бывало и полностью на глаз равномерное выпадение кристаллов
в виде мути по всему обьему - но хвост все же был, почти как обычно.

Вот-вот, такое "молоко" и надо получить.
Думается, для этого достаточно одного короткого импульса ультразвука.
Хвост мог быть обусловлен причинами, которые я привёл выше - тепловой инерцией датчика и обрастанием его кристаллами льда. Более холодными, чем окружающая смесь.
Моих представлений о физике неравновесных процессов хватает только на то, чтобы утверждать, что фазовые переходы из метастабильного в устойчивое состояние происходят лавиннообразно, иногда со взрывом.
Какими датчиками пользовались, если не секрет, и какова была длина "хвоста", в смысле его постоянной времени?

..Можете в виде компромисса давать импульсы все время по ходу охлаждения,
если они вообще эффективнее чем затравка. Мне не удалось обнаружить вариантов
лучше затравки. Кстати, ультразвук у мну был - но как-то не догадался тогда попробовать.

Ультразвук бывает разным. Здесь придётся подобрать длину волны и интенсивность, чтобы получить желаемый эффект. Ну, или в справочниках порыться, если не лень.

И вымораживать много нельзя - все же точность напрямую зависит... "несколько процентов" д.б. учтенными или малыми.

Эссно.
Время сохранения динамического равновесия определяется продолжительностью существования ледяной взвеси в жидкости. Измерить температуру нужно непременно до окончания этого времени.

[Guest_orthodox_*]

тепло по датчику уходит из системы, нет проблем.
Вообще нет проблем с обрастанием - слишком на малых энергиях идет игра...

[Stanislav]

тепло по датчику уходит из системы, нет проблем.

По какому датчику? Ну, какого типа?
Оценить тау процесса можете?
И вообще, при чём здесь это?

Вообще нет проблем с обрастанием - слишком на малых энергиях идет игра...

Это неверно.
Не забывайте - датчик у Вас также был переохлаждён вместе с пробой. На вполне макроскопическую величину - единицы-десятки градусов. Посему, обрастание гарантировано.
Поверхность льда, прилегающая к датчику, будет иметь практически температуру его корпуса к моменту начала кристаллизации.
А теплопроводность водяного льда весьма мала. Отсюда и проблемма.
Хотя, возможно, и не основная...