Sobre Criogenia
Este artigo foi Publicado* * * * no: A MacMillan Encyclopedia Of Chemistry, Nova Iorque, 2002, escrito por: Dr. Ray Radebaugh do NIST
*Contribuição do NIST, não estão sujeitos aos direitos de autor na U. S
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Criogenia é a ciência que aborda a produção e os efeitos de temperaturas muito baixas. A palavra se origina das palavras gregas ‘kryos’ que significa ” geada “e ‘genica’ que significa “produzir”.,”Sob tal definição, pode ser usado para incluir todas as temperaturas abaixo do ponto de congelação da água (0 C). No entanto, o Prof. Kamerlingh Onnes da Universidade de Leiden, nos Países Baixos, usou pela primeira vez a palavra em 1894 para descrever a arte e a ciência de produzir temperaturas muito mais baixas. He used the word in reference to the liquefaction of permanent gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, and helium. O oxigênio havia sido liquefeito em -183 C alguns anos antes (em 1887), e uma corrida estava em andamento para liquefazer os gases permanentes remanescentes a temperaturas ainda mais baixas., As técnicas utilizadas na produção de temperaturas tão baixas eram bastante diferentes das utilizadas um pouco antes na produção de gelo artificial. Em particular, trocadores de calor eficientes são necessários para atingir temperaturas muito baixas. Ao longo dos anos o termo criogenia tem sido geralmente usado para referir-se a temperaturas abaixo de aproximadamente -150 C.
de Acordo com as leis da termodinâmica, existe um limite para a temperatura mais baixa que pode ser alcançado, que é conhecida como zero absoluto. As moléculas estão no seu estado energético mais baixo, mas finito, no zero absoluto., Tal temperatura é impossível de alcançar porque a potência de entrada necessária se aproxima do infinito. No entanto, temperaturas dentro de alguns bilionésimos de um grau acima do zero absoluto foram alcançadas. Zero absoluto é o zero da escala de temperatura absoluta ou termodinâmica. É igual a -273.15 C ou -459.67 F. A escala absoluta métrica ou SI (sistema internacional) é conhecida como a escala de Kelvin cuja unidade é o kelvin (não Kelvin) que tem a mesma magnitude que o grau Celsius., O símbolo para a escala Kelvin é K, tal como adoptadas pela 13ª Conselho Geral de Pesos e Medidas (CGPM), em 1968, e não de K. Assim, 0 C é igual seja, -273,15 K. O inglês absoluto escala, conhecida como a escala Rankine, usa o símbolo R e tem um incremento a mesma que a da escala Fahrenheit. Em termos da escala de Kelvin, a região criogênica é muitas vezes considerada abaixo de aproximadamente 120 K (-153 C). Os gases permanentes comuns referiam-se à mudança anterior de gás para líquido à pressão atmosférica às temperaturas mostradas na Tabela 1, chamado de ponto de ebulição normal (NBP)., Tais líquidos são conhecidos como líquidos criogênicos ou criogênicos. Quando o hélio líquido é resfriado mais para 2,17 K ou abaixo, torna-se um superfluido com propriedades muito incomuns associadas com o estado de terra da mecânica quântica. Por exemplo, ele tem zero de viscosidade e produz um filme que pode subir e sobre as paredes de um recipiente, como um copo, e a escorrer da parte inferior desde que a temperatura do recipiente permanece abaixo 2.17 K.
A medição de temperaturas criogênicas requer métodos que pode não ser tão familiar para o público em geral., Termómetros normais de mercúrio ou álcool congelam a temperaturas tão baixas e tornam-se inúteis. O termômetro de resistência de platina tem um bem definido, o comportamento da resistência elétrica versus temperatura e é comumente usado para medir temperaturas com precisão, incluindo temperaturas criogênicas para baixo para cerca de 20 K. Certos semicondutor materiais, tais como dopado com germânio, também são úteis como elétricas, termômetros de resistência para temperaturas abaixo de 1 K e abaixo, enquanto eles são calibrados na faixa em que são usados., Tais termômetros secundários são calibrados contra termômetros primários que utilizam leis fundamentais da física em que uma variável física muda de uma forma teórica bem conhecida com temperatura. a produção de temperaturas criogénicas utiliza quase sempre a compressão e a expansão dos gases. Em um processo típico de liquefação do ar o ar é comprimido, fazendo com que aqueça, e permitido arrefecer de volta à temperatura ambiente enquanto ainda pressurizado. O ar comprimido é ainda mais resfriado em um trocador de calor antes que seja permitido expandir de volta para a pressão atmosférica., A expansão faz com que o ar arrefeça e uma parte dele se liquefaça. A porção gasosa resfriada restante é devolvida através do outro lado do trocador de calor, onde ele pré-arrefece o ar de alta pressão de entrada antes de retornar ao compressor. A porção líquida é geralmente destilada para produzir oxigênio líquido, nitrogênio líquido e argônio líquido. Outros gases, como o hélio, são usados em um processo similar para produzir temperaturas ainda mais baixas, mas vários estágios de expansão são necessários.
Criogenica tem muitas aplicações., Líquidos criogênicos, como oxigênio, nitrogênio e argônio, são frequentemente usados em aplicações industriais e médicas. A resistência elétrica da maioria dos metais diminui à medida que a temperatura diminui. Certos metais perdem toda a resistência eléctrica abaixo de alguma temperatura de transição e tornam-se supercondutores. Uma ferida eletromagnética com um fio de tal metal pode produzir campos magnéticos extremamente altos, sem geração de calor e sem consumo de energia elétrica uma vez que o campo é estabelecido e o metal permanece frio. Estes metais, tipicamente ligas de nióbio resfriados a 4.,2 K, são usados para os ímãs de sistemas de ressonância magnética (MRI) na maioria dos hospitais. Supercondutividade em alguns metais foi descoberto em 1911 por Onnes, mas, desde 1986, uma outra classe de materiais, conhecidos como supercondutores de alta temperatura, tem sido encontrado para ser supercondutores a temperaturas muito mais elevadas, actualmente, cerca de 145 K. Eles são um tipo de cerâmica, e por causa de sua frágil natureza, eles são mais difíceis de fabricar em fios para ímãs., outras aplicações da criogenia incluem o congelamento rápido de alguns alimentos e a preservação de alguns materiais biológicos, como o sémen de animais, bem como sangue humano, tecidos e embriões. A prática de congelar todo um corpo humano após a morte na esperança de mais tarde restaurar a vida é conhecida como criônica, mas não é uma aplicação científica Aceita da criogenia. O congelamento de partes do corpo para destruir tecidos indesejados ou defeituosos é conhecido como criocirurgia. É usado para tratar cancros e anormalidades da pele, colo do útero, útero, próstata e fígado.,
Bibliography
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Sociedade criogénica da América, Cold Facts Newsletter, disponível em: www.cryogenicsociety.org.