168. Физические основы современных стандартов единицы постоянного электрического напряжения, единицы электрического сопротивления и единицы силы постоянного тока.

В системе СИ 1А – это сила не изменяющегося тока, протекающего по двум паралл. бесконеч длинным проводникам бесконечно малого круглого сечения, расположенных на расстоян 1м др от др в вакууме, вызвал бы силу Эл. взаимодей 2*10^-7 Н на каждый метр длины. Применяется способ, основанный на косвенном измерении силы тока через з-н Ома I=U/R. Напряжение в 1В воспроизводиться с пом квантового эф Джозефсона, а сопротив в 1Ом – эф. Холла. Оба эф относятся к обл. сверх низких температур. Здесь ряд вещ-в приобрет особые св-ва, в т.ч. д/нек-ых в-в практические исчезает сопротивление эл. току, т.е. они переходят в сверхпроводящие состояния. Одним из эф-тов сверхпроводимости явл эф. Джозефсона: контакт Джозефсона предст собой туннельный контакт из 2-х сверхпроводников, разделенных тончайшим слоем диэл-ка (ок 1нм).

Ток через такой контакт будет туннельным током, через потенциальный барьер, соот-щий слою диэл-ка. При опред. усл этот ток будет высокочастотным переменным, где частота тока связана с направление на контактах. =2еU/h, где U-напряжение, 2е/ h – коэф Джозефсона=483,59767МГц/мкВ. эф-т обратим: если облучать контакт высокочастотным маг полем с , то напряжение на контакте будет скачкообразно изменяться по выражению:U=h* . Следовательно, возможно измерять напряжение через частоту. На основе эф Джозефсона создан гос эталон ед. напряжения, Эф Холла можно наблюдать на так наз МОП-структурах, если при t=4,2К такую структуру поместить сильное маг поле, то сопротивление такой структуры будет скачкообразно меняться по формуле: . С помощью эф. Холла воспроиз 1Ом Если измерить такое сопротивление с пом меры напряжения-контакта Джозефсона, то тем самым можно реализовать воспроизведение единицы силы тока.

168. Физические основы измерения температуры металлическими и полупроводниковыми термометрами сопротивления.

Принцип действия термометров сопротивления основан на температурной зависимости эл. сопротивления металлов и полупроводников. В случае металлических термом. сопротив. при увел температуры эл. сопротивление увелич. линейно: , где - температ-ый коэф. сопротивления, к-рый показ относит изменение сопротивления при изменении темпер-ы на 1К: . Увеличение R при нагревании вызвано усилием колебаний узлов кристаллической решетки, благодаря чему умен время свободного пробега электронов, нах-ся внутри решетки – инерционное время - . Удельная проводимость метла связана с : , где n-концентрация свободных электронов в металле, m,e-масса и заряд электрона. Чем меньше , тем мен и больше -удельное сопротивление. Чувстви-м эл-ом промыш термо-ров сопротивления – металл с хорошей проводимостью: платина и медь. В отличии от мет-ких полупроводниковые термометры основаны на том, что при увелич темпер-ы уменьш сопротивлениеполупроводника. Это связанно с появлением свободных носителей заряда при подборе тепловой энергии. Зависимость концентрации свободных носителей заряда от темп-ры: , где k- постоян Больцмана, -ширина запрещающей энергетической зоны. Зависимость сопротивления от тем-ры в полупровод-х выражается экспоненциальной зависимостью: , где b-зависит от материала, R_{1 2}-сопротивления в полупроводниках при тем-рах Т₁ и Т₂