Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Det kryogene temperaturområde er blevet defineret som fra -150 °C (-238 °F) til det absolutte nulpunkt (-273 °C eller -460 °F), er den temperatur, hvor molekylær bevægelse kommer så tæt, som det er teoretisk muligt at ophøre helt. Kryogene temperaturer er normalt beskrevet i den absolutte eller Kelvin skala, hvor absolut nul er skrevet som 0 K, uden et grad tegn. Konvertering fra Celsius til Kelvin skalaen kan gøres ved at tilføje 273 til Celsius skalaen.,
kryogene temperaturer er betydeligt lavere end dem, der opstår i almindelige fysiske processer. Ved disse ekstreme forhold ændres sådanne egenskaber af materialer som styrke, termisk ledningsevne, duktilitet og elektrisk modstand på måder af både teoretisk og kommerciel betydning. Fordi varme er skabt af den tilfældige bevægelse af molekyler, materialer ved kryogene temperaturer er så tæt på en statisk og stærkt ordnet tilstand som muligt.,
Cryogenics havde sin begyndelse i 1877, året hvor ilt først blev afkølet til det punkt, hvor det blev en væske (-183.C, 90 K). Siden da har den teoretiske udvikling af kryogenik været forbundet med kølesystemernes vækst i kapacitet. I 1895, da det var blevet muligt at nå temperaturer så lave som 40 K, blev luft flydende og adskilt i dets hovedkomponenter; i 1908 blev helium flydende (4.2 K). Tre år senere blev mange superkølede metalers tilbøjelighed til at miste al modstand mod elektricitet—fænomenet kendt som superledningsevne—opdaget., I 1920 ‘erne og 1930’ erne blev temperaturer tæt på absolut nul nået, og i 1960 kunne laboratorier producere temperaturer på 0.000001 k, en milliontedel af en grad Kelvin over absolut nul.
temperaturer under 3 K anvendes primært til laboratoriearbejde, især forskning i heliumets egenskaber. Helium flydende ved 4,2 k, bliver det, der er kendt som helium I. ved 2.,19 K, men det pludseligt bliver til helium II, en væske med så lav viskositet, at det kan bogstaveligt talt kravler op på siden af et glas og flow gennem mikroskopiske huller, der er for små til at tillade passage af almindelige væsker, herunder helium I. (Helium jeg og helium II er, selvfølgelig, kemisk identiske.) Denne egenskab er kendt som superfluiditet.
den vigtigste kommercielle anvendelse af kryogen gas likvefaktionsteknikker er opbevaring og transport af flydende naturgas (LNG), en blanding, der stort set består af methan, ethan og andre brændbare gasser., Naturgas er flydende ved 110 K, hvilket får den til at trække sig sammen til 1 / 600th af dens volumen ved stuetemperatur og gøre den tilstrækkelig kompakt til hurtig transport i specielt isolerede tankskibe.
meget lave temperaturer bruges også til konservering af mad enkelt og billigt. Producerer placeres i en forseglet tank og sprøjtes med flydende nitrogen. Nitrogenet fordamper straks og absorberer produktets varmeindhold.
i kryokirurgi kan en lavtemperaturskalpel eller sonde bruges til at fryse usundt væv. De resulterende døde celler fjernes derefter gennem normale kropslige processer., Fordelen ved denne metode er, at frysning af vævet snarere end at skære det producerer mindre blødning. En skalpel afkølet af flydende nitrogen anvendes i kryokirurgi; det har vist sig vellykket i at fjerne mandler, hæmorider, vorter, grå stær, og nogle tumorer. Derudover er tusinder af patienter blevet behandlet for Parkinsons sygdom ved at fryse de små områder i hjernen, der antages at være ansvarlige for problemet.
anvendelsen af kryogenik er også udvidet til rumfartøjer. I 1981 blev USA, space shuttle Columbia blev lanceret ved hjælp af flydende hydrogen/flydende ilt drivmidler.
af de særlige egenskaber ved materialer, der afkøles til ekstreme temperaturer, er superledningsevne det vigtigste. Dens vigtigste anvendelse har været i konstruktionen af superledende elektromagneter til partikelacceleratorer. Disse store forskningsfaciliteter kræver så kraftige magnetfelter, at konventionelle elektromagneter kunne smeltes af de strømme, der kræves for at generere felterne., 4 K kablet, gennem hvilket strømmen strømmer, hvilket tillader meget stærkere strømme at strømme uden at generere varme ved modstand.