Om Cryogenics
Denne artikkelen ble Publisert* i: MacMillan Encyclopedia Of Kjemi, New York, 2002, skrevet av: Dr. Ray Radebaugh av NIST
*Bidrag av NIST, ikke gjenstand for opphavsrett i U. S
Utskriftsvennlig versjon: last ned PDF
Cryogenics er vitenskapen som omhandler produksjon og virkninger av svært lave temperaturer. Ordet stammer fra det greske ord «kryos» mening «frost» og «genic’ som betyr «å produsere.,»Under en slik definisjon kan brukes til å omfatte alle temperaturer under frysepunktet for vann (0 C). Imidlertid, Prof. Kamerlingh Onnes av Universitetet i Leiden i Nederland første som brukte ordet i 1894 for å beskrive kunsten og vitenskapen om å produsere mye lavere temperaturer. Han brukte ordet i referanse til lng (liquefied natural gas av permanent gasser som oksygen, nitrogen, hydrogen og helium. Oksygen hadde vært flytende på -183 C et par år tidligere (i 1887), og løpet var i gang med å kondensere de resterende permanent gasser på enda lavere temperaturer., Teknikkene som benyttes i produksjon av slike lave temperaturer var ganske forskjellig fra de som brukes noe tidligere i produksjon av kunstig is. Spesielt effektive varmevekslere er nødvendig for å oppnå svært lave temperaturer. I løpet av årene begrepet cryogenics har generelt blitt brukt for å referere til temperaturer under ca -150 C.
i Henhold til lover om termodynamikk, det finnes en grense for laveste temperaturen som kan oppnås, som er kjent som absolutte nullpunkt. Molekyler er på sitt laveste, men endelig, energi tilstand på absolutt null., En slik temperatur er umulig å nå, fordi inngangseffekt nødvendig tilnærminger infinity. Imidlertid, temperaturer innenfor et par billionths av en grad over absolutt null er nådd. Absolutt null er null i absolutte eller termodynamiske temperaturskala. Det er lik -273.15 C eller -459.67 F. metrisk eller SI (det Internasjonale System) absolutt skala er kjent som Kelvin-skalaen hvis enheten er kelvin (ikke Kelvin) som har samme størrelsesorden som de grader Celsius., Symbolet for innstilling av Kelvin-skalaen er K, som er vedtatt av 13. Generelle Råd om mål og Vekt (CGPM) i 1968, og ikke K. Dermed, 0 C er lik 273.15 K. engelsk absolutt skala, kjent som Rankine skala, bruker symbolet R og har en tilvekst er den samme som Fahrenheit. I form av Kelvin-skalaen den kryogeniske regionen er ofte ansett for å være under ca 120 K (-153 C). Felles permanent gasser referert til tidligere endre fra gass til flytende ved atmosfærisk trykk ved temperaturer vist i Tabell 1, som kalles normal boiling point (NBP)., Slike væsker er kjent som kryogene væsker eller cryogens. Når flytende helium er avkjølt ytterligere å 2.17 K eller under, det blir en superfluid med svært uvanlige egenskaper forbundet med å være i den kvantemekaniske bakken staten. Det har For eksempel null viskositet og produserer en film som kan krype opp og over veggene i en åpen beholder, for eksempel et beger, og drypp av bunnen så lenge temperaturen i beholderen er under 2.17 K.
måling av kryogene temperaturer krever metoder som kanskje ikke er så kjent for allmennheten., Normal kvikksølv eller alkohol termometer fryser på slike lave temperaturer og bli ubrukelig. Platinum motstand termometeret har en godt definert atferd for elektrisk motstand mot temperatur og er vanligvis brukes til å måle temperaturer nøyaktig, inkludert kryogeniske temperaturer ned til ca 20 K. Visse halvledende materialer, som for eksempel dopet germanium, er også nyttig som elektrisk motstand termometre for temperaturer ned til 1, K og nedenfor, så lenge de er kalibrert over området de er til for å brukes., Slike sekundære termometre er kalibrert mot primære termometre som benytter grunnleggende fysiske lover som i en fysisk variabel endringer i en kjent teoretisk måte med temperaturen.
produksjon av kryogene temperaturer nesten alltid benytter kompresjon og ekspansjon av gasser. I en typisk luft lng (liquefied natural gas prosessen luften er komprimert, forårsaker den til å varme og kjøle seg tilbake til romtemperatur mens de fortsatt skal beskyttes. Den komprimerte luften blir avkjølt ytterligere i en varmeveksler før det er lov til å utvide tilbake til atmosfærisk trykk., Utvidelsen fører til at luft avkjøles og en del av det å kondensere. De resterende avkjølt i gassform del er returnert gjennom den andre siden av varmeveksleren hvor det precools innkommende high-press luften før den går tilbake til kompressoren. Den likvide delen er vanligvis destillert til å produsere flytende oksygen, flytende nitrogen, og flytende argon. Andre gasser, slik som helium, er brukt i en lignende prosess for å produsere enda lavere temperaturer, men flere stadier av utvidelsen er nødvendig.
Cryogenics har mange bruksområder., Kryogene væsker, slik som oksygen, nitrogen og argon, er ofte brukt i industrielle og medisinske anvendelser. Den elektriske motstanden i de fleste metaller reduseres etter hvert som temperaturen synker. Visse metaller miste all elektrisk motstand under noen overgang temperatur og bli superledere. En elektromagnet såret med en tråd av slike et metall kan produsere ekstremt høyt magnetisk felt med ingen varmeutvikling og ingen forbruk av elektrisk kraft når feltet er etablert og metall er fortsatt kaldt. Disse metaller, vanligvis niob legeringer nedkjølt til 4.,2 K, er brukt for magneter av magnetisk resonans imaging (MRI) systemer i de fleste sykehus. Superleder i enkelte metaller ble først oppdaget i 1911 av Onnes, men siden 1986 annen klasse av materialer, kjent som høytemperatur superledere, har blitt funnet å være superledende ved mye høyere temperaturer, for tiden frem til ca 145 K. De er en type keramikk, og på grunn av deres ømtålige, de er vanskeligere å dikte inn i ledninger for magneter.,
Andre programmer av cryogenics inkluderer rask frysing av noen matvarer og bevaring av noen biologiske materialer som husdyr sæd, så vel som menneskelig blod, vev, og embryoer. Praksisen med å fryse hele kroppen etter døden, i håp om senere å gjenopprette livet er kjent som kryoniske, men det er ikke en akseptert vitenskapelig anvendelse av cryogenics. Frysing av deler av kroppen for å ødelegge uønskede eller feil vev er kjent som cryosurgery. Det brukes for å behandle kreft og misdannelser av hud, cervix, livmor, prostata, og leveren.,
Bibliografi
Scurlock, Ralph G., red. (1993). Historie og Opprinnelse av Cryogenics. Oxford, Clarendon Press.
Shachtman, Tom (1999). Absolutt Null og Erobringen av Kulde. Boston, Houghton Mifflin Company.
Barron, Randall (1985). Kryogeniske Systemer. Oxford, Oxford Trykk.
Flynn, Thomas (1997). Kryogeniske Engineering. New York, Marcel Dekker.
Weisend, John G. II, red. (1998). Håndbok for Kryogeniske Engineering. Philadelphia, Taylor og Francis.
Seeber, Bernd, ed. (1998). Handbook of Applied Superleder. Bristol, Institutt for Fysikk Publisering.,
Kryogeniske Society of America, Kalde Fakta Nyhetsbrev, som er tilgjengelige via www.cryogenicsociety.org.