Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
kryogenní teplotní rozsah byl definován jako od -150 °C (-238 °F) absolutní nule (-273 °C nebo -460 °F), teplota, při které molekulární pohyb, přichází tak blízko, jak je teoreticky možné, aby se přestal úplně. Kryogenní teploty jsou obvykle popsány v absolutních, nebo v Kelvinově stupnici, absolutní nula, která je rozepsána jako 0 K, bez titulu podepsat. Převod z Celsia na kelvinovu stupnici lze provést přidáním 273 do stupnice Celsia.,
kryogenní teploty jsou výrazně nižší než u běžných fyzikálních procesů. V těchto extrémních podmínkách se mění takové vlastnosti materiálů, jako je pevnost, tepelná vodivost, tažnost a elektrický odpor, a to jak teoretickým, tak komerčním významem. Protože teplo je vytvářeno náhodným pohybem molekul, materiály při kryogenních teplotách jsou co nejblíže statickému a vysoce uspořádanému stavu.,
Kryogenika měla svůj začátek v roce 1877, v roce, kdy byl kyslík poprvé ochlazen do bodu, kdy se stal kapalinou (-183 °C, 90 K). Od té doby je teoretický vývoj kryogeniky spojen s růstem schopnosti chladicích systémů. V roce 1895, kdy bylo možné dosáhnout teplot až 40 K, byl vzduch zkapalněn a rozdělen na jeho hlavní složky; v roce 1908 bylo helium zkapalněno (4,2 K). O tři roky později byla objevena tendence mnoha podchlazených kovů ztratit veškerou odolnost vůči elektřině—fenomén známý jako supravodivost., Do roku 1920 a 1930 byly dosaženy teploty blízké absolutní nule a do roku 1960 laboratoře mohly produkovat teploty 0.000001 K, miliontina stupně Kelvin nad absolutní nulou.
teploty pod 3 K se používají především pro laboratorní práce, zejména výzkum vlastností helia. Helium zkapalňuje při 4,2 K a stává se tím, co se nazývá helium I. ve 2.,19 K však náhle stává helium II, kapalina s tak nízkou viskozitu, že to může doslova plazit po straně sklenice a průtok přes mikroskopické otvory příliš malé, aby umožňovaly průchod z běžných kapalin, včetně helia I. (Helium a helium II jsou, samozřejmě, jsou chemicky identické.) Tato vlastnost je známá jako superfluidita.
nejdůležitější obchodní aplikace kryogenní plyn zkapalňování techniky je skladování a dopravu zkapalněného zemního plynu (LNG), směsi převážně z methanu, ethanu a jiných hořlavých plynů., Zemního plynu, je zkapalněný na 110 K, což způsobuje to, aby smlouva na 1/600, jeho objem při teplotě místnosti a dělat to dostatečně kompaktní pro rychlé dopravy ve speciálně izolované tankery.
velmi nízké teploty se také používají k jednoduchému a levnému konzervování potravin. Produkt je umístěn v uzavřené nádrži a postříkán kapalným dusíkem. Dusík se okamžitě odpařuje a absorbuje obsah tepla v produktu.
v kryochirurgii lze použít nízkoteplotní skalpel nebo sondu k zmrazení nezdravé tkáně. Výsledné mrtvé buňky jsou pak odstraněny normálními tělesnými procesy., Výhodou této metody je, že zmrazení tkáně spíše než řezání způsobuje menší krvácení. Skalpel chlazený kapalným dusíkem se používá v kryochirurgii; osvědčil se při odstraňování mandlí, hemoroidů, bradavic, katarakty a některých nádorů. Kromě toho byly tisíce pacientů léčeny Parkinsonovou chorobou zmrazením malých oblastí mozku, o nichž se předpokládá, že jsou za tento problém zodpovědní.
aplikace kryogeniky se rozšířila i na vesmírná vozidla. V roce 1981 USA., raketoplán Columbia byl spuštěn pomocí kapalných vodíkových / kapalných kyslíkových pohonných látek.
speciálních vlastností materiálů chlazených na extrémní teploty je nejdůležitější supravodivost. Jeho hlavní aplikace byla v konstrukci supravodivých elektromagnetů pro urychlovače částic. Tato velká výzkumná zařízení vyžadují tak silná magnetická pole, že konvenční elektromagnety by mohly být roztaveny proudy potřebnými pro generování polí., Kapalné helium ochlazuje na asi 4 K kabel, kterým proudy proudí, což umožňuje mnohem silnější proudy proudit bez generování tepla odporem.