Bilgisayar kontrollu özısı ölçüm düzeneği kurulması, kalibrasyonu ve YBCO üstüniletkeni özısı ölçümleri

Abstract

ÖZET Bu çalışmanın amacı, bilgisayar kontrollü sayısal cihazları kullanarak güvenilir ve tekrarlanabilir özısı ölçümleri yapabilme ve bu konudaki çeşitli yöntemleri kullanabilme olanaklarına sahip deney düzeneğinin tasarlanıp gerçekleştirilmesidir. Kurulan düzenek, katıların özısılarını ölçmek için sıcaklık ayrımı 2-3 mK mertebesinde olan ve 76 - 300 K sıcaklık aralığında çalışabilen bilgisayar kontrollü bir adyabatik kalorimetrik sistemdir. Bu kalorimetrik sistem, özısıyı sıcaklığın fonksiyonu olarak ölçme amacına yönelik, kesikli ve sürekli ısıtma modunda çalışabilecek şekilde tasarlandı. Özısı ölçümünde kesikli ısıtma yönteminin kullanılması yanında, ölçüm sisteminin sürekli ısıtma yöntemindeki performansı da ölçüldü. Deneyde sıcaklık ölçümleri standart Pt direnç termometresi (PDT) ile yapıldı. Bu termometre ile sıcaklık ölçümlerinde yapılabilecek hatanın deneyde gerekli sıcaklık duyarlılığı sınırları içinde olduğu görüldü. Öncelikle örnek tutucunun ısı kapasitesi olmak üzere, daha sonra saflık derecesi % 99.9 olan bakır örnek ve YBCO üstüniletkeninin özısıları bulundu. Bu örneklerin seçilmesiyle, birçok araştırmacı tarafından aynı örneklerle ilgili yayınlanan özısı değerleri ile karşılaştırma imkanı sağlandı. Adyabatik şartlarda, ısıtıcı akımını düzenlemek suretiyle örneğe AQ ısı enerjisi verildi ve buna karşı gelen AT sıcaklık yükselmesi ölçüldü. Daha sonra bilgisayar ortamında toplanan ölçüm sonuçları değerlendirilerek özısı sonuçları elde edildi. Kurulan deney düzeneği ile özısı ölçümlerinin en fazla %3 hata ile yapılabileceği ve içerdiği hatanın büyük kısmının sıcaklık ölçümünden kaynaklandığı sonucuna varıldı. T.C. rtBHfflBlErt* »

ABSTRACT The purpose of this work is to design and realize an experimental setup for making reliable and reproducable specific heat measurements. The constructed setup is a computerized adiabatic calorimeter which has temperature resolution of about 2-3 mK and operates in the temperature range of 77 to 300 K. This system was designed to measure the specific heat of solids as a function of temperature using either discrete or continuous heating mode. However the discrete heating method was employed, performance of the measuring system in the continuous heating mode was also tested. In the discrete mode, after reaching the thermal equilibrium, the sample was heated for a predetermined period of time, then the final equilibrium temperature was measured in adiabatic conditions. Then the heat capacity was calculated from the amount of heat dissipated and the temperature increase. This procedure was repeated at different temperatures to get the specific heat variation with temperature. The temperature measurements were made with a precalibrated Pt resistor thermometer (PRT). It was found that the majority of the experimental error comes from the inefficiency of this thermometer. The heat capacity of the sample holder was measured and then the variation with respect to temperature was fitted to a polynomial. This polynomial was used to calculate the heat capacities of the measured samples. mTo test the accuracy of the system, heat capacity of a copper sample was measured between 77 K and 300 K. The results of these measurements were compared with the literature values and it was concluded that the heat capacity measurements could be done with an error level of maximum 3 %. The poor sensitivity of the PRT on temperature was the main source of this error. The heat capacity of a YBCO sample was also measured to investigate the superconducting transition. The results of the measurements were compared with the published data. These measurements gave a scatter of points about 2 % of the total specific heat. Because of this scattering, it was not possible to see the expected transition which is within the average scattering. IV