izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-3-4-9izmertech-1513Research ArticleГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЭТАЛОНЫSTATE STANDARDSГосударственный первичный специальный эталон единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 79-2020State primary special standard of the unit of specif c heat of solids in the temperature range from 2 to 300 K GET 79-2020ПетуховА. А.PetukhovA. A.

Алексей Анатольевич Петухов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Aleksey A. Petukhov

Mendeleevo, Moscow region

petukhov@vniiftri.ruПотаповБ. Г.PotapovB. G.

Борис Геннадьевич Потапов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Boris G. Potapov

Mendeleevo, Moscow region

potapov@vniiftri.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4049-823XКытинВ. Г.KytinV. G.

Владимир Геннадьевич Кытин

г. п. Менделеево, Московская обл.Москва

Vladimir G. Kytin

Mendeleevo, Moscow regionMoscow

vkytin@vniiftri.ruГавалянМ. Ю.GhavalyanM. Y.

Мамикон Юрьевич Гавалян

г. п. Менделеево, Московская обл.

Mamikon Yu. Ghavalyan

Mendeleevo, Moscow region

ghavalyan@vniiftri.ruЮровЛ. В.YurovL. V.

Лев Васильевич Юров

г. п. Менделеево, Московская обл.

Lev V. Yurov

Mendeleevo, Moscow region

lev@vniiftri.ruАсланянЭ. Г.AslanyanE. G.

Эдуард Георгиевич Асланян

г. п. Менделеево, Московская обл.

Edward G. Aslanyan

Mendeleevo, Moscow region

aslanyan@vniiftri.ruЩипуновА. Н.ShchipunovA. N.

Андрей Николаевич Щипунов

г. п. Менделеево, Московская обл.

Andrey N. Shchipunov

Mendeleevo, Moscow region

schipunov@vniiftri.ruВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измеренийРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio EngineeringRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений; Московский государственный университет им. М. В. ЛомоносоваРоссияRussian Metrological Institute of Technical Physics and Radio Engineering; M. V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation2023140420230349Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1513

Показана необходимость и актуальность прецизионных измерений удельной теплоёмкости существующих и новых синтезируемых веществ и твёрдых материалов при низких температурах. Представлены устройство, принцип работы и результаты метрологических исследований Государственного первичного специального эталона единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 79-2020. В состав ГЭТ 79-2020 включены разработанные базовый дроссельный криостат и ячейка для измерения удельной теплоёмкости, обеспечивающие эффективное и быстрое охлаждение измеряемого образца и уменьшение неконтролируемых потоков теплоты при измерении теплоёмкости. Диапазон воспроизведения единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел ГЭТ 79-2020 составляет 0,03–718 Дж/(кг·К), диапазон температур 2–300 К. Описан метод измерений удельной теплоёмкости с применением разработанной ячейки. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 79-2020, рассчитан бюджет неопределённости измерений при воспроизведении единицы удельной теплоёмкости твёрдых тел. Полученные результаты расширяют температурный диапазон измерений и позволяют увеличить парк рабочих эталонов (мер) для средств измерений теплоёмкости, поверяемых с помощью ГЭТ 79-2020. 

Need and relevance is shown for precise specific heat measurements of existing and novel synthesized substances and solid materials at low temperatures. Construction, operation principle and the results of metrological investigation are presented for the State primary special Standard of the unit of specifi c heat of solids GET 79-2020. GET 79-2020 is equipped with new improved basic throttle cryostat and cell for heat capacitance measurements providing faster and efficient cooling of measured samples and suppression of parasitic heat fluxes. The ranges of reproduction of the unit of specific heat of solids in GET 79-2020 is 0,03–718 J/(kg·К), and the temperature range is 2–300 K. Method of heat capacitance measurements is described with application of developed cell. Metrological characteristics of GET 79-2020 are investigated. An uncertainty budget is calculated for reproduction of the unit of specific heat. The obtained results significantly expand the temperature range of measurements and the park of working standards for heat capacity measuring instruments verified at GET 79-2020.

удельная теплоёмкость твёрдых телгосударственный первичный эталонбюджет неопределённости измеренийгосударственная поверочная схемаspecific heat of solidsnational primary standardbudget of uncertaintyState verification schemeReferencesПауков И. Е., Ковалевская Ю. А., Киселева И. А., Шурига Т. Н. Теплоёмкость и термодинамические свойства природного биотита в интервале 5,7–300 K // Исследовано в России: электронный научный журнал. URL: http://www.elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/MFTI/2006/066.pdf (дата обращения: 17.02.2023).Paukov I. E., Kovalevskaja Ju. A., Kiseleva I. A., Shuriga T. N. Teplojomkost’ i termodinamicheskie svojstva prirodnogo biotita v intervale 5,7–300 K. Issledovano v Rossii, electronic scientifi c journal, available at: http://www.elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/MFTI/2006/066.pdf (accessed: 06.03.2023). (In Russ.)Наумов В. Н., Тагаев А. Б., Мусихин А. Е. Плотность фононных состояний твёрдых тел из экспериментальной теплоёмкости // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2012. Т. 7. № 3. С. 102–113.Naumov V. N., Tagaev A. B., Musikhin A. E. The phonon density of states from the experimental heat capacitance. Vestnik NGU. Seria: Fizika, 2012, vol. 7, no. 3, pp. 102–113. (In Russ.)Рехвиашвили С. Ш. Теплоёмкость твёрдых тел фрактальной структуры с учётом ангармонизма колебаний атомов // Журнал технической физики. 2008. Т. 78. № 12. С. 54–58.Rekhviashvili S. Sh. Technical Physics, 2008, vol. 53, no. 12, pp. 1586–1590. https://doi.org/10.1134/S1063784208120086Саламатов Е. И., Таранов А. В, Хазанов Е. Н., Чарная Е. В., Шевченко Е. В. Транспортные характеристики фононов и теплоёмкость монокристаллов твёрдых растворов Y2O3:ZrO2 // ЖЭТФ. 2017. Т. 52. Вып. 5(11). С. 910–917. URL: http://jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/r_152_0910.pdf (дата обращения: 17.02.2023).Salamatov E. I., Taranov A. V., Khazanov E. N., Charnaya E. V., Shevchenko E. V. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2017, vol. 125, pp. 768–774. https://doi.org/10.1134/S1063776117100144Богданов В. Д., Симдянкин А. А., Назаренко А. В. Исследование теплофизических свойств дальневосточного трепанга при замораживании // Вестник АГТУ. Сер. Рыбное хозяйство. 2016. № 4. С. 145–152.Bogdanov V. D., Simdyankin A. A., Nazarenko A. V. Study of thermal parameters of far eastern sea cucumber when freezing. Vestnik AGTU. Seria: Rybnoe khozyaystvo, 2016, no. 4, pp. 145–152. (In Russ.)Парамонова В. А., Кудрявцев В. Н. Оценка теплофизических характеристик арахисового сырья // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2015. № 2. С. 98–111.Paramonova V. A., Kudryavtsev V. N. Performance evaluation of thermal raw peanut. Scientifi c journal NRU ITMO. Series “Processes and Food Production Equipment”, 2015, no. 2, pp. 98–111. (In Russ.)Денисова Л. Т., Чумилина Л. Г., Денисов В. М. Теплоемкость оксидных соединений систем оксид бария – оксид железа и оксид кальция – оксид висмута // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2013. № 6(3). С. 299–302.Denisova L. T., Chumilina L. G., Denisov V. M. HighTemperature Heat Capacity of Oxide Compounds of Barium Oxide – Iron Oxide and Calcium Oxide-Bismuth Oxide Systems. Journal of Siberian Federal University. Chemistry, 2013, no. 6(3), pp. 299–302. (In Russ.)Мешалкин В. П., Бобков В. И., Дли М. И., Гарабаджиу А. В., Панченко С. В., Орехов В. А. Экспериментальные исследования физико-химического процесса нагревания рудных фосфоритов // Российский химический журнал. 2022. Т. 66. № 3. С. 13–22.Meshalkin V. P., Bobkov V. I., Dli M. I., Garabadzhiu A. V., Panchenko S. V., Orekhov V. A. Experimental studies of physicochemical process of heating ore phosphorites. Rossiiskii Khimicheskii Zhurnal, 2022, vol. 66, no. 3, pp. 13–22. (In Russ.)Желнин М. С., Плехов О. А., Семин М. А., Левин Л. Ю. Численное решение обратной задачи определения объёмной теплоёмкости породного массива в процессе исскуственного замораживания // Вестник ПНИПУ. Механика. 2017. № 4. С. 56–75. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2017.4.05Zhelnin M. S., Plekhov O .A., Semin M. A., Levin L. Yu. Numerical solution for an inverse problem about determination of volumetric heat capacity of rock mass during artifi cial freezing. PNRPU Mechanics Bulletin, 2017, no. 4, pp. 56–75. (In Russ.) https://doi.org/10.15593/perm.mech/2017.4.05Хольшев Н. В., Лавренченко А. А., Прохоров А. В., Коновалов Д. Н. Методика теплового расчёта автомобильных дисковых тормозных механизмов // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 4(81). С. 203–208. https://doi.org/10.23968/1999-5571-2020-17-4-203-208Holshev N. V., Lavrenchenko A. A., Prokhorov A. V., Konovalov D. N. The method of thermal calculation of automotive disk brake assemblies. Bulletin of Civil Engineers, 2020, no. 4(81), pp. 203–208. (In Russ.) https://doi.org/10.23968/1999-5571-2020-17-4-203-208Петухов А. А., Потапов Б. Г., Кытин В. Г., Юров Л. В., Асланян Э. Г., Щипунов А. Н. Государственный первичный специальный эталон единицы теплопроводности твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 141-2020 // Измерительная техника. 2022. № 9. С. 3–7. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-9-3-7Petukhov A. A., Potapov B. G., Kytin V. G., Yurov L. V., Aslanyan E. G., Shchipunov A. N. State primary special standard of the unit of thermal conductivity of solids in the temperature range from 2 to 300 K GET 141-2020. Izmeritel’naya Tekhnika, 2022, no. 9, pp. 3–7. (In Russ.) https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-9-3-7Кытин В. Г., Гавалян М. Ю., Петухов А. А., Потапов Б. Г., Ражба Я. Е., Асланян Э. Г., Щипунов А. Н. Государственный первичный эталон единицы температуры – кельвина – в диапазоне от 0,3 до 273,16 К ГЭТ 35-2021: реализация нового определения единицы температуры // Измерительная техника. 2021. № 8. С. 8–15. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-8-8-15Kytin V. G., Gavalyan M. Yu., Petukhov A. A., Potapov B. G., Razhba Ya. E., Aslanyan E. G., Schipunov A. N. Measurement Techniques, 2021, vol. 64, no. 8, pp. 613–621. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01980-8Гавалян М. Ю., Кытин В. Г. Конструкция акустического газового термометра в диапазоне от 79 до 273,16 К // Альманах современной метрологии. 2021. № 4(28). С. 28–34.Gavalyan M. Yu., Kytin V. G., Construction of the acoustic gas thermometer in the range from 79 to 273.16 K. Al’manac of Modern Metrology, 2021, no. 4(28), pp. 28–34. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.