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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Guy K. White

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2002-4-25

价格:USD 95.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780198514275

丛书系列:

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《低温物理实验技术》 本书全面深入地探讨了在极低温环境下进行物理实验所需的各种关键技术和方法。涵盖从基础的制冷原理与设备选择，到复杂的测量仪表校准与数据处理，为研究人员提供了详尽的实践指导。 核心内容概述： 第一部分：低温制冷技术 制冷原理与方法： 详细介绍各种主流的低温制冷方法，包括但不限于： 蒸发冷却： 阐述液氦、液氢、液氮等制冷剂的蒸发冷却原理、性能特点、储存与输送技术。重点讲解如何通过控制蒸发速率来维持目标温度，以及相关的安全注意事项。 节流制冷： 深入分析气体节流膨胀制冷（如焦耳-汤姆逊效应）的原理，包括不同气体（如氦气、氢气）在不同压力下的节流特性。介绍节流制冷机的基本结构、工作流程以及影响效率的关键参数。 绝热去磁制冷： 详细讲解利用顺磁盐在强磁场中饱和磁化，然后在无磁场下绝热退磁来实现极低温（毫开尔文量级）的技术。探讨不同顺磁材料的选择、磁场生成与控制、以及测量温度的手段。 稀释制冷： 详细阐述基于³He-⁴He混合物的稀释制冷原理，这是实现十毫开尔文以下温度的关键技术。介绍稀释制冷机的设计要点、工作流程、热交换器的设计与优化、以及 ³He 的循环与储存。 斯特林制冷机与脉管制冷机： 介绍这些机械式制冷机的基本工作原理、结构组成、性能参数以及在实验室中的应用场景。 低温设备与系统： 杜瓦瓶与低温恒温器： 详细讲解杜瓦瓶（Dewars）的设计原理、真空绝热技术、以及不同类型（如液氮杜瓦、液氦杜瓦）的结构特点和使用注意事项。介绍各种低温恒温器（Cryostats）的设计，包括闭路式恒温器、样品台式恒温器、连续流式恒温器等，以及它们在不同实验中的适用性。 真空系统： 讨论在低温实验中至关重要的真空系统，包括高真空泵（涡轮分子泵、扩散泵、吸气泵）的选择与使用、真空测量技术（电阻规、冷阴极规、热阴极规），以及如何维持超高真空以减少热传导。 气体处理与循环系统： 针对使用气体制冷剂（如氦气、氢气）的系统，详细介绍气体纯化、回收、储存与输送的技术，以及与制冷机配套的压缩机、管道和阀门系统的选择与维护。 第二部分：低温测量与控制技术 温度测量： 电阻温度计： 详细介绍不同类型的电阻温度计，如铂电阻温度计（PT100/PT1000）、铑-铁电阻温度计（Rh-Fe）、碳-玻璃电阻温度计（CGRO）、以及砷化镓电阻温度计（GaAs），并讨论它们在不同温度范围内的响应特性、校准方法和误差来源。 热敏电阻： 介绍陶瓷热敏电阻（如碳、锗、硅）在低温下的应用，分析其灵敏度、响应时间以及在测量中的局限性。 温压计： 详细讲解在低温区域（尤其是接近绝对零度）使用氦气体进行压力测量以确定温度的方法，包括其校准和使用注意事项。 磁学温度计： 介绍基于顺磁材料磁化率随温度变化的磁学温度计，重点关注其在极低温区的应用，以及与超导量子干涉仪（SQUID）等设备的联用。 其他温度传感器： 简要介绍二极管温度计、热电偶等在特定低温应用中的选择和使用。 测量仪表与信号处理： 低噪声放大器与滤波器： 讨论在测量微弱信号时，如何选择和使用低噪声电压/电流放大器、差分放大器，以及有效的滤波技术（如低通、高通、带通滤波器）以抑制噪声，提高信噪比。 锁相放大器： 详细介绍锁相放大器（Lock-in Amplifier）的工作原理、内部结构、以及在探测微弱交流信号、抑制噪声、测量相位和幅值等方面的强大能力。重点讲解如何选择合适的参考信号、时间常数和斜率。 数据采集系统： 介绍用于采集和数字化测量数据的电子设备，包括模数转换器（ADC）的选择、采样率、分辨率以及数据存储和传输接口。 电缆与连接技术： 强调在低温环境中，电缆的选择（如屏蔽电缆、低噪声电缆）、接插件的类型、焊接技术以及热沉（Thermal Straps）的连接对于减少热泄漏和电噪声的重要性。 温度控制： 比例-积分-微分（PID）控制器： 详细阐述PID控制器的基本原理，以及如何在低温恒温器中应用PID算法来精确控制样品温度，包括参数整定和实际应用中的挑战。 加热器与热源： 介绍用于在低温环境中精确加热的电阻加热器（如薄膜电阻、陶瓷电阻）的选择、功率控制以及与温度传感器的配合。 热交换与热管理： 讨论如何有效地将热量从样品中移除，以及如何通过热沉、热通路设计来优化热传导，实现快速准确的温度响应。 第三部分：实验技术与应用 低温光学实验： 光学窗口的设计与安装： 介绍在低温恒温器中使用的光学窗口材料（如蓝宝石、石英、硼硅酸盐玻璃）的选择、真空密封技术、以及如何减小热梯度引起的应力。 光路设计与对准： 讨论在低温环境下进行光学实验的光路设计、激光耦合、显微镜使用以及光束对准的挑战与技巧。 探测器选择与低温连接： 介绍适用于低温光谱学、荧光测量、光电导测量等应用的低温光电探测器（如硅光电二极管、InGaAs光电探测器、MCP）及其低温连接方法。 低温电学与磁学实验： 低阻测量技术： 详细介绍在低温下测量极低电阻的方法，如四线法测量、恒流源的选择、以及如何减小接触电阻和引线电阻。 磁场产生与测量： 介绍在低温恒温器中产生磁场的装置，如超导磁体（Solnoid）、电磁铁、以及磁场测量方法（如霍尔探头、磁通门传感器）。 载流子输运测量： 深入探讨在低温下进行霍尔效应测量、电阻率测量、以及隧道结、约瑟夫森结等器件的电输运特性的实验技术。 真空技术与材料选择： 低温材料的挥发性： 讨论在低温环境中，某些材料（如塑料、橡胶、润滑剂）的挥发性问题可能污染真空系统和影响实验结果，以及如何选择低挥发性材料。 金属焊接与钎焊： 介绍用于低温设备的金属焊接（如真空焊接）和钎焊技术，确保系统的密封性和可靠性。 第四部分：安全与维护 低温制冷剂的安全操作： 详细阐述液氦、液氢、液氮等制冷剂的安全储存、输送、使用以及可能存在的危险（如冻伤、窒息、爆炸），并提供相应的防护措施。 高压气体系统的安全： 讲解使用压缩气体（如氦气、氢气）时的安全规定，包括气瓶的储存、搬运、减压阀的使用以及管道系统的维护。 低温设备日常维护与故障排除： 提供低温恒温器、制冷机、真空系统等设备的日常检查、维护保养以及常见故障的诊断与排除方法，确保实验的稳定进行。 本书内容涵盖了从基础原理到具体操作的各个环节，旨在帮助读者掌握在极端低温环境下开展高精度物理实验所需的全面技能，为相关领域的科学研究提供坚实的技术支持。

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我在购买《低温物理实验技术》之前，确实是因为它的标题中“实验技术”这几个字深深吸引了我。我一直觉得，科学的魅力不仅仅在于理论的推论，更在于那些将理论转化为现实的实验过程。尤其是低温物理，那些看起来像是科幻小说中的场景，例如悬浮的磁铁，无阻碍的电流流动，以及物质在极低温度下展现出的全新形态，都让我对实验设计和操作产生了浓厚的兴趣。我希望这本书能够详细地介绍各种常用的低温实验设备，比如各种类型的低温恒温器、真空系统、温度计以及数据采集系统。我知道，要成功地进行低温实验，不仅要有理论知识，更要有丰富的实践经验和对设备细节的掌握。这本书是否会包含关于如何选择合适的设备、如何正确安装和维护这些设备，以及如何应对实验过程中可能出现的各种问题和挑战的指导？我尤其好奇书中是否会涉及一些具体的实验案例，通过这些案例来讲解如何一步步地搭建实验平台，如何精确地控制温度和压力，以及如何有效地测量和分析实验数据。

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阅读《低温物理实验技术》的初步印象，是它将一个看似遥不可及的科学领域，以一种相对易于理解的方式呈现出来。我一直觉得，低温物理实验是一门需要高度专业知识和精湛技能的科学，但我也相信，通过学习和实践，任何人都可以逐渐掌握其中的奥秘。我希望这本书能够包含一些关于“安全规范”的章节。在低温实验中，存在着许多潜在的危险，例如低温灼伤、高压气体、易燃易爆物质等。了解和遵守这些安全规范，对于进行任何一项科学实验都是至关重要的。书中是否会详细介绍在进行低温实验时需要注意的安全事项，以及如何在实验过程中采取必要的防护措施？掌握这些安全知识，将使我能够更自信、更安全地去探索低温物理的奇妙世界。

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这本书的另一个吸引我的地方是它所涵盖的“数据采集和处理”的章节。我知道，一个成功的低温实验，不仅仅是能够成功地达到低温和进行测量，更重要的是如何从海量的数据中提取有用的信息。我希望《低温物理实验技术》能够详细介绍各种数据采集系统的组成和工作原理，例如模拟数字转换器（ADC）、多通道分析仪（MCA）等。书中是否会提供关于如何选择合适的数据采集速率和采样长度的建议？我也非常期待书中能够讲解一些基本的数据分析技术，例如如何进行傅里叶变换来分析信号的频率成分，或者如何使用最小二乘法来拟合实验曲线。掌握这些数据处理技巧，将大大提高我对实验结果的理解能力。

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《低温物理实验技术》的出版，对我这样的业余爱好者来说，无疑是一份珍贵的礼物。我虽然没有机会在专业的实验室里进行低温实验，但我可以通过阅读这本书来学习和理解其中的原理和技术。我对书中关于“样品制备”的部分尤为期待。在低温物理实验中，样品的质量和纯度往往直接影响到实验结果。书中是否会介绍如何制备和处理各种类型的低温样品？例如，如何生长高质量的单晶，如何进行退火处理以改善材料的晶体结构，或者如何对样品进行化学处理以达到特定的性能？我也很好奇书中是否会讲解如何将样品安装到低温恒温器中，以及如何确保样品与冷却源的良好热接触，这看起来是一项需要细心和耐心的工作。

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我购买《低温物理实验技术》的另一个重要原因，是我对材料科学在低温下的表现有着浓厚的兴趣。很多新材料的独特性能，往往只在极低的温度下才能显现出来。这本书能否帮助我理解，如何通过实验来探索和验证这些低温材料的特性？例如，我一直想知道，在超导状态下，材料的电阻是如何测量的？以及如何精确地测量超导转变温度？书中是否会介绍关于磁测量技术，比如SQUID（超导量子干涉仪）的工作原理和应用，用以研究低温下的磁性材料？我还想了解，如何通过实验来研究材料的晶格振动，比如中子散射或拉曼光谱在低温下的应用。这些实验技术听起来都非常复杂，但我相信这本书会以一种清晰易懂的方式来介绍它们，并为我提供一个坚实的理论基础和实践指导。

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读到《低温物理实验技术》的章节介绍，我发现其中提到了“真空技术”。这让我意识到，在低温物理实验中，真空的重要性不亚于低温本身。我一直不太清楚，为什么在很多低温实验中需要达到非常高的真空度。这本书是否会详细解释真空在低温物理实验中的作用？例如，它如何减少热辐射和气体传导对低温系统的影响？书中是否会介绍各种真空泵的工作原理，比如涡轮分子泵、扩散泵、吸附泵等，以及如何选择合适的真空系统来满足不同实验的需求？我特别好奇书中是否会讲解如何测量和控制真空度，例如使用各种真空计，以及如何维持高真空环境以避免样品污染或氧化。对真空技术有一个深入的了解，对于做好低温实验是至关重要的。

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这本《低温物理实验技术》的封面设计就足够吸引人了。我一直对那些需要极低温度才能进行的奇妙实验充满好奇，比如超导现象的观测，或者是液氦的奇特性质。这本书在我的书架上已经放了一段时间，我每次翻阅都会被那些精密的仪器和复杂的装置所吸引。虽然我不是一名专业的低温物理学家，但我是一名充满热情的物理爱好者，渴望理解那些深奥的科学原理是如何在实验室中实现的。封面上的插图，比如那个闪耀着金属光泽的杜瓦瓶，以及那些连接着复杂管线的设备，都勾勒出了一个充满挑战和机遇的实验世界。我对书中关于如何冷却到接近绝对零度的技术的详细描述特别感兴趣。我知道要达到这样的温度需要多么精妙的工程设计和对物理定律的深刻理解，这本书是否能为我揭示这些秘密呢？它是否会从基础的制冷方法讲起，例如利用绝热去磁化或者稀释制冷机，然后逐渐深入到更高级的技术？我期望它能清晰地解释不同制冷技术的工作原理、优缺点以及它们各自适用的温度范围。

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我一直对超流体现象感到惊叹。例如，液氦的“爬壁”现象，或者超流氦的涡旋运动。这些现象的背后，蕴含着深刻的量子力学原理。我希望《低温物理实验技术》能够为我详细介绍，如何通过实验来观测和研究这些迷人的超流体特性。书中是否会讲解如何制造和控制超流体，例如如何使用激光或者声波来激发超流体中的各种模式？如何测量超流体的粘度为零的特性，或者它的热导率的异常高？我也很好奇书中是否会涉及一些关于量子液体，如超流氦-3的实验技术，这些物质在极低温度下还会展现出更复杂的量子相变和新奇的物态。我想知道，如何设计实验来探测这些更精细的量子效应，这无疑是一项极具挑战性的任务。

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《低温物理实验技术》这本书给我最大的触动，在于它所展现出的那种对细节的极致追求。在低温物理的领域，一点点的误差都可能导致实验结果的巨大偏差。我非常好奇书中是如何讲解“校准”这个概念的。例如，如何对温度计进行校准，以确保测量结果的准确性？如何对各种传感器进行灵敏度校准，以提高数据的可靠性？书中是否会提及关于数据处理和分析的方法，包括如何进行统计分析，如何排除错误数据，以及如何将实验结果与理论模型进行比较？我尤其对如何进行误差分析感兴趣，知道实验中的不确定性是如何量化和评估的，这对于科学研究的严谨性至关重要。我期待这本书能够提供一些实用的建议和技巧，帮助我更好地理解和处理实验数据。

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翻阅《低温物理实验技术》的目录，我已经被其中涉及的众多主题所吸引。从最初的低温概念到各种冷却技术的深入探讨，再到各种精密测量仪器的介绍，这本书似乎涵盖了低温物理实验的方方面面。我一直对量子现象在低温下的表现感到着迷，例如约翰逊噪声的测量、霍尔效应的观测，以及各种量子材料的电学和磁学性质的研究。这些实验往往需要极高的精度和稳定性，对实验环境的要求也十分苛刻。我非常期待书中能够详细介绍如何构建一个低噪声、高稳定的实验环境，以及如何使用高灵敏度的探测器来测量微弱的信号。书中是否会提供关于如何设计和搭建光学实验平台，以研究低温下的光物理现象？例如，激光冷却原子、研究低温下的荧光光谱，或者观测量子退相干过程。我对那些能够精确控制光与物质相互作用的实验技术特别感兴趣，希望这本书能够为我打开这扇大门。

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