Nas fotografias da Figura 4.17 está representado todo o nosso sistema criogénico. Na fotografia da Figura 4.17a podemos observar a célula térmica constituída pelas cinco peças desenhadas para o efeito e ainda um tudo de acrílico, um suporte para o conector e um conector DB 25.
Na fotografia da Figura4.17bpodemos observar todo o sistema exterior. Nesta foto é possível visualizar o dewar onde é colocada a célula térmica durante as medições e para onde é vertido o azoto líquido utilizado para arrefecer a célula térmica, a placa de aquisição PicoLog ADC-24 que está conectada com a nossa célula térmica e com o computador e a fonte de corrente externa, elemento opcional na montagem, que está conectada à placa de aquisição.
Todos estes elementos referidos nas secções deste capítulo e representados nas ima- gens referidas culminam na Montagem Didática que permite medir a resistividade de amostras metálicas numa gama de temperaturas que varia entre os 77 K e os 300 K.
4 . 9 . M O N TAG E M D I DÁT I C A C O M P L E TA
a b
Figura 4.17: Fotografias da montagem didática completa: a)Célula térmica montada e b) Sistema de arrefecimento das amostras completamente montado
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R e s u lta d o s E x p e r i m e n ta i s
Este capítulo tem como predominante objetivo apresentar e discutir os resultados obtidos através da montagem didática que é descrita no capítulo anterior.
Foram efetuados várias medições com este sistema, mas serão apresentados neste capítulo dados de apenas duas medições. A medição A foi realizada no dia 24 de maio e junta amostras de alumínio, cobre, ouro e platina e as características destas amostras são apresentados na Tabela5.1. A fonte de corrente utilizada é a da placa de aquisição PicoLog ADC-24.
Amedição B foi efetuada no dia 25 de julho com amostras de cobre, chumbo, ouro e platina e as características destas medições são apresentados na Tabela5.2. Nesta medição foi utilizada uma fonte de corrente externa de 10 mA.
Através da Tabela5.2podemos perceber que as dimensões do chumbo apresentam um diâmetro superior ao das outras amostras. Isto deve-se ao facto da resistência mecânica da amostra de chumbo ser muito reduzida e, por esse motivo, ser necessário ter uma amostra de diâmetro maior para evitar a quebra da amostra durante a sua manipulação.
Tabela 5.1: Dimensões das amostras damedição A realizada no dia 24 de maio de 2018 com fonte de corrente interna
Amostra Comprimento (cm) Diâmetro (µm) Secção (m2)
Alumínio (Al) 1, 5 30 7, 07 × 10−10
Cobre (Cu) 5, 5 119 1, 11 × 10−8
Tabela 5.2: Dimensões das amostras damedição B realizada no dia 25 de julho de 2018 com fonte de corrente externa
Amostra Largura (cm) Diâmetro (µm) Secção (m2)
Cobre (Cu) 4, 41 76 4, 54 × 10−9
Chumbo (Pb) 0, 25 250 4, 91 × 10−8
Ouro (Au) 5, 25 22, 3 3, 91 × 10−10
5.1
Variação da Temperatura
A variação da temperatura é o ponto fulcral deste trabalho, por esse motivo, é essencial monitorizá-la. No gráfico presente na Figura5.1podemos observar a variação da tempe- ratura no interior da célula térmica namedição B.
Neste gráfico podemos observar três zonas onde a temperatura se mantém relativa- mente estável e duas grandes variações de temperatura, uma do ponto 1 ao ponto 2, em que a temperatura desce da temperatura ambiente, onde estava estabilizada, para a tem- peratura do azoto líquido. Esta descida acontece porque é vertido azoto líquido para dentro do dewar onde se encontra a célula térmica, até a mesma estar completamente submersa. Consequentemente, a temperatura da célula diminui até chegar aos 77 K.
A segunda grande variação de temperatura ocorre entre o ponto 3, onde a célula se encontra estável na temperatura do azoto líquido, e o ponto 4, novamente à temperatura ambiente. Esta variação mais lenta deve-se ao aquecimento da célula após todo o azoto líquido estar completamente evaporado. Odewar é um bom isolador e, por esse motivo, a célula térmica que está no seu interior tem um aquecimento lento. O material e de- sign das peças que constituem a célula térmica também ajudam neste isolamento e, por consequência, no aquecimento gradual da temperatura do interior da célula.
Para as curvas de R(T), apenas foi contabilizada a variação entre o ponto 2 e o ponto 4 pois é mais lenta e tem mais medições. Este aquecimento é um processo muito lento, demorando cerca de 5h30 para que a temperatura aqueça até a temperatura ambiente.
5 . 1 . VA R I AÇ ÃO DA T E M P E R AT U R A
5.1.1 Teste com cinco platinas
De forma a verificar a homogeneidade da temperatura em todos os pontos da célula tér- mica e a diferença entre as resistências medidas por platinas 100 Ω (Pt-100) de diferentes classes, foi efetuado uma medição teste com estes objetivos.
Esta medição consistiu em repetir o processo realizado nas medições com as nossas amostras metálicas, mas substituindo-as por quatro Pt-100. Assim, foram analisadas as tensões aos terminais de cinco Pt-100 de diferentes classes. As Pt-100 utilizadas nesta medição estavam distribuídas, como demonstrado no esquema da Figura5.2.
Figura 5.2: Esquema da montagem de cinco Pt-100 na célula térmica.
Os resultados desta medição estão representados nas Figuras5.3, onde as temperatu- ras medidas pelas cinco platinas são comparadas.
Na Figura5.3apodemos observar a evolução da temperatura que é medida a partir de cada Pt-100, verificando que na grande maioria do tempo, existe concordância entre as temperaturas verificadas pelas Pt-100.
Na Figura5.3bestão representadas as diferentes evoluções da temperatura das Pt-100 no começo do aquecimento da célula térmica, onde é possível perceber que existe algum desfasamento entre o aquecimento das diferentes Pt-100 devido às suas posições na célula térmica. Verificamos que as Pt-100 que estão na parte superior da célula térmica apresen- tam um aquecimento mais rápido, pois são as primeiras Pt-100 a deixar de estar imersas no azoto quando este evapora. Este comportamento verifica-se durante alguns segundos até todas as Pt-100 estarem em contacto com o ar e o seu aquecimento ser homogéneo. Apesar de existirem alguns segundos de desfasamento, este não é preponderante nos resultados finais da experiência.
Nos gráficos apresentados na Figura 5.4podemos observar um exemplo do desvio entre a temperatura da Pt-100 localizada no local do termómetro, posição onde se encon- tra sempre a Pt-100 de referência para medição da temperatura, e a Pt-100 que está na posição da amostra 1. Verificamos que o desvio nunca ultrapassam 3,5 % e que a zona onde o desvio é superior é nas baixas temperaturas.
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Figura 5.3: Evolução da temperatura medida através de cinco plantinas 100 Ω: a) evo- lução ao longo de todo o tempo de medição e b) evolução da temperatura no início do aquecimento da célula térmica.
Ao analisar os gráficos que se encontram nas Figuras5.3e5.4podemos, então, concluir que a temperatura nos diversos pontos da célula térmica, onde serão posicionadas as amostras, são praticamente iguais e que não é necessário utilizar uma Pt-100 declasse 1/3 pois a Pt-100classe A tem a precisão necessária para esta medição.
Após estas conclusões, podemos considerar o interior da célula térmica isotérmico, visto os diferentes pontos da célula terem apresentado a mesma variação de temperatura