Большая Советская Энциклопедия (КА)

Большая Советская Энциклопедия

Калориметр ионизационный

Калори'метр ионизацио'нный, прибор для определения энергии частиц космических лучей (~10¹¹эв и выше). В К. и. энергия космические частицы поглощается в толстом слое вещества (подобно тому, как в обычном калориметре поглощается тепло). Космические частицы высоких энергий при взаимодействии с веществом в результате ядерных реакций рождают большое число вторичных частиц или фотонов, которые в свою очередь образуют новые частицы и т.д. В конечном итоге образуется лавина заряженных частиц, которая движется в веществе, ионизует его атомы и при этом теряет свою энергию. Если толщина слоя поглощающего вещества достаточно велика и лавина заряженных частиц полностью остаётся в нём, то количество созданных в веществе ионов пропорционально энергии

первичной космической частицы. Для измерения полного числа ионов поглотитель из плотного вещества (обычно — железо или свинец) разбивается на ряд слоев толщиной в несколько см , между которыми размещаются ионизационные камеры .

К. и. был изобретён в 1954 в СССР, после чего он стал широко применяться как в СССР, так и за рубежом для изучения взаимодействий космических частиц высоких энергий (10¹¹ —10¹³эв ) с атомными ядрами. При этом К. и. обычно объединяют с приборами, позволяющими наблюдать результаты этого взаимодействия, — Вильсона камерами , ядерными фотографическими эмульсиями (рис. 1 ), искровыми камерами . Типичные габариты К. и.: высота 1,5—2 м , площадь поперечного сечения ~ 1 м² , масса 10—20 т . В СССР в 1964 на высокогорной станции на г. Арагац в Армении построен и работает уникальный К. и. площадью 10 м² и массой 70 т (рис. 2 ). К. и. применялся в СССР (1965—68) также на тяжёлых космических станциях типа «Протон».

Лит.: Григоров Н. Л., Мурзин В. С., Рапопорт И. Д., Метод измерения энергии частиц в области выше 10¹¹ eV, «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1958, т. 34, в. 2, с. 506; Бугаков В. В. [и др.], Принципы устройства научной аппаратуры для изучения космических лучей высокой энергии на космической станции «Протон-4», «Изв. АН СССР. Серия физическая», 1970, т. 34, с. 1818; Григоров Н. Л. [и др.], Ядерная лаборатория в космосе. Новый этап в изучении частиц сверхвысоких энергий, «Природа», 1965, № 12, с. 7.

Н. Л. Григоров.

Рис. 1. Схематическое изображение ионизационного калориметра в сочетании с ядерными фотоэмульсиями: 1 — мишень, в которой происходит взаимодействие космической частицы с атомными ядрами атомов мишени, приводящее к появлению g-квантов высоких энергий; 2 — слои свинца, в которых g-излучение порождает мощные лавины заряженных частиц; 3 — ядерные фотоэмульсии, регистрирующие эти лавины; 4 — слои вещества (железо или свинец), тормозящего лавины заряженных частиц; 5 — импульсные ионизационные камеры.

Рис. 2. Ионизационный калориметр, установленный на высокогорной станции на г. Арагац в Армении.

Калориметрия

Калориме'трия (от лат. calor — тепло и ...метрия ), совокупность методов измерения тепловых эффектов (количеств теплоты), сопровождающих различные физические, химические и биологические процессы. Методами К. определяют теплоёмкости тел, теплоты фазовых переходов (плавления, кипения и др.); тепловые эффекты намагничивания, электризации, растворения, сорбции, химических реакций (например, горения ), процессов обмена веществ в живых организмах, в ряде случаев — энергии электромагнитного излучения, энергии ядерных процессов и т.д.

Приборы, применяемые для калориметрических измерений, называют калориметрами . Их конструкция определяется условиями измерений (в первую очередь температурным интервалом) и требуемой точностью. К. при температурах от 400 K (граница условна) и выше называется высокотемпературной, в области температур жидкого азота, водорода и гелия — низкотемпературной.

Результаты калориметрических измерений находят широкое практическое применение в теплотехнике, металлургии, химической технологии. Ими пользуются при расчётах количеств теплоты, требуемых для нагрева, расплавления или испарения веществ в различных технологических процессах; для вычисления пределов протекания химических реакций и условий их проведения. Так, область давлений и температур,

в которой получают синтетические алмазы из графита, была определена расчётом, в значительной мере основанным на калориметрических измерениях теплоёмкости и теплот сгорания этих веществ. Калориметрические измерения позволяют определять области устойчивости различных минералов и выяснять условия совместного присутствия их в горных породах. Данные низкотемпературной К. широко используются при изучении механических, магнитных и электрических эффектов в твёрдых телах и жидкостях при низких температурах, а также для расчёта термодинамических функций (например, энтропии веществ).

В. Л. Соколов.

В биологии К. применяют для измерения тепловых эффектов, сопровождающих процессы жизнедеятельности. В организме постоянно протекают химические и физические процессы двух типов: эндотермические (с поглощением теплоты) и экзотермические (с выделением теплоты), причём последние преобладают. С помощью К. показано, например, что один из видов микроорганизмов — кишечная палочка — выделяет за час ~ 4x10^{– 9}дж (~10^{– 9}кал ), мышь 420 дж (~100 кал), человек 2x10⁵дж , или ~ 5x10⁵кал [для удельного тепловыделения картина совсем иная: ~1050 дж/ (г xч ), ~21 дж/ (г xч ), ~4 дж/ (г xч )]. При измерении теплопродукции организмов их помещают обычно в калориметр. Когда прямая К. затруднена, пользуются косвенными методами (непрямая К.). Косвенно теплопродукция организма может быть определена, например, по интенсивности его газообмена . При этом измеряют количества поглощённого организмом в единицу времени кислорода (O₂ ) и выделенной двуокиси углерода (CO₂ ). По их отношению (дыхательному коэффициенту ) находят количество O₂ , расходуемого в отдельности на окисление белков, жиров и углеводов. Тепловые эффекты соответствующих реакций окисления известны, это позволяет подсчитать суммарную теплопродукцию организма.

В. А. Бернштейн.

Калорифер

Калори'фер (от лат. calor — тепло и fero — несу), прибор для нагревания воздуха в системах воздушного отопления, вентиляции и в сушилках. К. бывают пластинчатые, из гладких труб, спирально-ребристые, лепестковые и др. Широко распространены радиаторы — пластинчатые К., в которых теплоноситель (водяной пар или горячая вода) протекает по трубкам с пластинками снаружи, нагревающими проходящий между ними воздух. Применяют также электрические и огневоздушные К.

Калория

Кало'рия (от лат. calor — тепло), внесистемная единица количества теплоты. Обозначение: русское кал , международная cal. Наряду с К. (малой К.) распространена килокалория (большая К.), 1 ккал = 1000 кал .

Первоначально К. была определена как количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г воды на 1 °С. До конца 19 в. ни участок температурного интервала, в котором производится нагревание, ни его условия не оговаривались. Поэтому применялись различные К.: 0-, 15-, 20-, 25-градусная, средняя, термохимическая и др. В СССР с 1934 до 1957 применялась 20-градусная килокалория, равная (с точностью до 0,02%) количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг воды от 19,5 до 20,5 °С.

1-я Мировая конференция по свойствам воды и пара (Лондон, 1929) ввела международную ккал , определив её как ¹ /_861,1 международных квт xч . На международных конференциях по свойствам водяного пара (1954 и 1956) было принято решение о переходе от К. к новой единице — абсолютному джоулю , которая вошла затем в Международную систему единиц . Между К. и джоулем установлено следующее соотношение: 1 кал = 4,1868 дж (точно); 20-градусная К. равна 4,181 дж ; К., широко применявшаяся в термохимии , равна 4,1840 дж .