水的三相点

国际单位制的基本物理量

水的三相点是国际单位制的基本物理量。

引言

水三相点是水的固、液、汽三相平衡共存时的温度（图l1），其值为273.16K (0.01℃)。它是在一个密封的装有高纯度水(水的同位素成分相当于海水)的玻璃容器—— 水三相点瓶内复现的。

水三相点瓶是各级计量检定机构检定基标准铂电阻温度计、标准水银温度计零位的固定点装置。因此，水三相点的正确复现、准确测量是1990年国际温标(ITs一90)实施的关键。

点瓶冻制温度获得

水三相点瓶主要用于测量铂电阻温度计在水三相点的电阻值Rtp及标准水银温度计的零位。

水三相点瓶的冻制方法有冰盐混合物制冷法、干冰制冷法、液氮制冷法等三种。

冰盐混合物制冷法

冰盐混合物制冷法是将经预冷的水三相点瓶置于放有雪花状冰或碎冰的冰槽(如杜瓦瓶等)中，用刨冰或黄豆大小的冰粒，以大约3：1比例的冰、盐混合物(可达到．7℃～．10℃)加入温度计插管内，视其融化情况不断地加入冰盐混合物和吸出温度计插管内的水，直至温度计插管周围形成厚度约lOmm，光滑、均匀冰套为止。冻制时可用细玻棒等插入插管，将冰盐混合物压入所需的部位，冻制结束后用经预冷的纯净水将插管内冰盐混合物冲洗干净。

干冰制冷法

干冰制冷法是将粉末状的固体二氧化碳(干冰)加入温度计插管内，一直填到与水三相点瓶中的水面平齐，再加入少量酒精作为热交换介质，并轻轻敲击水三相点瓶外壳。当干冰升华时，不断地加入干冰和按需要补充酒精，以增加热交换。大约(1～2)h，可使温度计插管周围形成均匀冰套。此时，应停止往插管内加干冰，待插管内的剩余干冰完全升华后，用经预冷的纯净水将插管内的酒精冲洗干净。

液氮制冷法

此法为目前最常用、冻制速度最快的方法。将冷源一一液氮缓慢地倒入温度计插管内，从水三相点瓶插管底部开始，分层冻制到液面为止。冻制时，由于液氮过冷(．196。C)，冻结速度较快，冻结的冰套会开裂，发出“嚓嚓”的爆裂声，透过管可观察到环绕温度计插管周围有许多云片状裂纹，冰套可能呈猪大肠状，厚薄不均匀。但只要适当控制液氮的注入量，同时将顶部扎有棉球的玻璃棒插入插管以限制液氮停留的部位，若上下拉动即可使冷源扩散，使整个冰套外表平滑，厚薄匀。冰套生成后，让液氮全部挥发，然后用经预冷的纯水把温度计插管冲洗干净。最后，在插管中充入新鲜的、预冷过的蒸馏水，用橡皮塞子或棉花塞住插管口，并把水三相点瓶置于冰槽中的固定位置保存起来。

黄子卿

温度是热力学的基本参数。1927年国际度量衡委员会选定水的冰点为热力学温标的基准点，定为273.15K。但是水的冰点是在1大气压下被空气饱和的水的液—固平衡的温度。它受外界大气压或进行测量的地理位置影响，并且与水被空气饱和的状况有关。因此科学界对它的重视性和精度提出过怀疑。当时物理化学界企图并已开始测定水的三相点，即水在其饱和蒸气压力下气—液—固三相成平衡的温度，以代替冰点作为热力学温标的基准点。1934年黄子卿再度赴美国，在麻省理工学院随热力学名家比泰（J.A.Beattie）做热力学温标的实验研究，重新测定水的三相点。

因为当时水的冰点被认为是热力学温标的定点，所以测定水的三相点就需要测量水的三相点室与冰室温度之差。为此需要得到精确的水的冰室的固液平衡温度。黄子卿仔细计算大气压力及水液面高度产生的附加压力对冰室平衡温度的影响；测量水样的电导，折算为盐浓度，按稀溶液的依数性，估算杂质造成的水的凝固点的降低；在严格固定条件下，以空气饱和水样。这样，达到冰室温度的精度为0.5×10-4℃。黄子卿严格处理水的三相点室。精选三相点室材料并严格清洗；水样严格纯化去CO2；测量三相点室水样的电导估算杂质对平衡温度的影响；并且对水面高度产生的附加压力的影响加以校正。他采用当时能达到的精确测温手段，并对体系采取严格的隔热防辐射措施。由此黄子卿得到水的三相点为0.00980±0.00005℃。这一结果被美国华盛顿哲学会主席斯蒂姆逊（H·F·Stimson）推崇为水的三相点的可靠数据之一，成为1948年国际实用温标（IPTS-1948）选择基准点——水的三相点的参照数据之一。这项工作成为黄子卿博士论文的一个部分。

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