A Mélyhűtőbe,
Ez a cikk Megjelent* a: A MacMillan Enciklopédia, A Kémia, New York, 2002, írta: Dr. Ray Radebaugh a NIST
*Hozzájárulás a NIST, nem védi a szerzői jog az Usa-ban
Nyomtatható verzió: letöltés PDF
a Mélyhűtőbe, a tudomány, amely a címeket a termelés hatása nagyon alacsony a hőmérséklet. A szó a görög “kryos” szóból ered, melynek jelentése “fagy” és “genic” jelentése “termelni”.,”Egy ilyen meghatározás szerint fel lehet használni a víz fagyáspontja alatti összes hőmérsékletet (0 C). A hollandiai Leideni Egyetem professzora, Kamerlingh Onnes azonban először 1894-ben használta a szót, hogy leírja a jóval alacsonyabb hőmérsékletek előállításának művészetét és tudományát. A szót állandó gázok, például oxigén, nitrogén, hidrogén és hélium cseppfolyósítására hivatkozva használta. Az oxigént néhány évvel korábban (1887-ben) -183 C-on cseppfolyósították, és egy verseny volt folyamatban a fennmaradó állandó gázok még alacsonyabb hőmérsékleten történő cseppfolyósítására., Az ilyen alacsony hőmérsékletek előállításában alkalmazott technikák meglehetősen különböztek a mesterséges jég előállítása során valamivel korábban alkalmazott technikáktól. Különösen hatékony hőcserélőkre van szükség a nagyon alacsony hőmérséklet eléréséhez. Az évek során a kriogén kifejezés általában -150 C alatti hőmérsékletekre utal.
a termodinamika törvényei szerint létezik egy határ a legalacsonyabb hőmérsékletre, amelyet el lehet érni, amelyet abszolút nullának neveznek. A molekulák a legalacsonyabb, de véges energiaállapotban vannak abszolút nulla értéken., Az ilyen hőmérsékletet lehetetlen elérni, mert a szükséges bemeneti teljesítmény megközelíti a végtelenséget. Az abszolút nulla fok feletti néhány milliárd fokos hőmérsékleteket azonban elérték. Az abszolút nulla az abszolút vagy termodinamikai hőmérsékleti skála nullája. Ez egyenlő -273.15 C vagy -459.67 F. a metrikus vagy SI (nemzetközi rendszer) abszolút skála Kelvin skála néven ismert, amelynek egysége a kelvin (nem Kelvin), amely ugyanolyan nagyságú, mint a Celsius fok., A Kelvin-skála szimbóluma K, ahogy azt a 13.Általános Tanács a súlyokról és mérésekről (CGPM) 1968-ban elfogadta, és nem K. így a 0 C egyenlő 273.15 K. az angol abszolút skála, amelyet Rankine-skálának neveznek, az R szimbólumot használja, és a Fahrenheit-skálával megegyező növekménnyel rendelkezik. A Kelvin-skála szempontjából a kriogén régiót gyakran úgy tekintik, hogy körülbelül 120 K (-153 C) alatt van. A közönséges állandó gázok, amelyeket korábban gázról folyadékra váltottak légköri nyomáson az 1.táblázatban feltüntetett hőmérsékleten, az úgynevezett normál forráspont (NBP)., Az ilyen folyadékokat kriogén folyadékoknak vagy kriogéneknek nevezik. Ha a folyékony héliumot 2,17 K-ra vagy annál alacsonyabbra hűtik, akkor szuperfolyadékgá válik, amelynek nagyon szokatlan tulajdonságai vannak a kvantummechanikai földi állapotban. Például, ez nulla viszkozitás pedig termel egy film, amely képes a frászt hozni a falak, nyitott konténer, például egy pohárral, s csöpög le az alsó, amíg a hőmérséklet a tartály alatt marad 2.17 K.
a mérés, A kriogenikus hőmérsékleten igényel módszerek, hogy nem lehet olyan ismerős, hogy a nagyközönség számára., A normál higany – vagy alkoholhőmérők ilyen alacsony hőmérsékleten lefagynak, használhatatlanná válnak. A platina ellenállás hőmérő egy jól meghatározott viselkedését elektromos ellenállás versus hőmérséklet és általánosan használt mérésére hőmérséklet pontosan, beleértve kriogén hőmérséklet le körülbelül 20 K. bizonyos félvezető anyagok, mint például adalékolt germánium, is hasznos, mint az elektromos ellenállás hőmérők hőmérséklet akár 1 K vagy annál alacsonyabb, mindaddig, amíg vannak kalibrálva a tartományban kell használni., Az ilyen másodlagos hőmérőket olyan elsődleges hőmérőkkel kalibrálják, amelyek a fizika alapvető törvényeit használják, amelyekben a fizikai változó jól ismert elméleti módon változik a hőmérséklettel.
a kriogén hőmérsékletek előállítása szinte mindig a gázok tömörítését és tágulását hasznosítja. Egy tipikus levegő cseppfolyósítási folyamat a levegő sűrített, ami azt a hő, és hagyjuk lehűlni szobahőmérsékletre, miközben még nyomás alatt. A sűrített levegőt tovább hűtjük egy hőcserélőben, mielőtt hagyjuk, hogy bővítse vissza a légköri nyomás., A tágulás hatására a levegő lehűl, egy része pedig cseppfolyósodik. A fennmaradó lehűtött gáz-halmazállapotú rész a hőcserélő másik oldalán kerül visszahelyezésre, ahol a kompresszorba való visszatérés előtt előmelegíti a bejövő nagynyomású levegőt. A folyékony rész általában desztillált termelni folyékony oxigén, folyékony nitrogén, folyékony argon. Más gázokat, például héliumot hasonló folyamatban használnak még alacsonyabb hőmérsékletek előállítására, de a tágulás több szakaszára van szükség.
A Kriogéneknek számos alkalmazásuk van., A kriogén folyadékokat, például oxigént, nitrogént és argont gyakran használják ipari és orvosi alkalmazásokban. A legtöbb fém elektromos ellenállása csökken a hőmérséklet csökkenésével. Bizonyos fémek elveszítik az összes elektromos ellenállást valamilyen átmeneti hőmérséklet alatt, és szupravezetőkké válnak. Egy ilyen fémből készült huzallal feltekercselt elektromágnes rendkívül magas mágneses mezőket képes előállítani hőtermelés nélkül, és nem fogyaszt villamos energiát a mező létrehozása után, és a fém hideg marad. Ezek a fémek, jellemzően nióbium ötvözetek hűtjük 4.,2 K, a mágneses rezonancia képalkotó (MRI) rendszerek mágneseihez használják a legtöbb kórházban. Néhány fém szupravezető képességét először 1911-ben fedezte fel Onnes, de 1986 óta egy másik anyagcsoportot, az úgynevezett magas hőmérsékletű szupravezetőket, sokkal magasabb hőmérsékleten szupravezetőnek találták, jelenleg körülbelül 145 K. ezek egyfajta kerámia, és törékeny természetük miatt nehezebb mágnesekbe huzalozni.,
A kriogenikumok egyéb alkalmazásai közé tartozik egyes élelmiszerek gyors fagyasztása és bizonyos biológiai anyagok, például az állati sperma, valamint az emberi vér, szövet és embriók megőrzése. Az egész emberi test fagyasztásának gyakorlata a halál után az élet későbbi helyreállításának reményében krionikának nevezik, de ez nem a kriogenika elfogadott tudományos alkalmazása. A test egyes részeinek fagyasztása a nem kívánt vagy hibás Szövet elpusztítására kriosurgery néven ismert. A készítmény a bőr, a méhnyak, a méh, a prosztata és a máj daganatos megbetegedéseinek és rendellenességeinek kezelésére szolgál.,
bibliográfia
Scurlock, Ralph G., Szerk. (1993). A Kriogenika története és eredete. Oxford, Clarendon Press.
Shachtman, Tom (1999). Abszolút nulla és a hideg hódítása. Boston, Houghton Mifflin Cég.
Barron, Randall (1985. Kriogén Rendszerek. Oxford, Oxford Press.
Flynn, Thomas (1997). Kriogén Mérnöki Munka. New York, Marcel Dekker.
Weisend, John G. II, Szerk. (1998). A kriogén mérnöki kézikönyv. Philadelphia, Taylor és Francis.
Seeber, Bernd, ed. (1998). Az alkalmazott szupravezető képesség kézikönyve. Bristol, Institute of Physics Publishing.,
Cryogenic Society of America, Cold Facts Newsletter, available from www.cryogenicsociety.org.