Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
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la plage de température cryogénique a été définie comme allant de -150 °C (-238 °F) à zéro absolu (-273 °C ou -460 °F), La température à laquelle le mouvement moléculaire se rapproche le plus théoriquement possible de l’arrêt complet. Les températures cryogéniques sont généralement décrites dans l’échelle absolue ou Kelvin, dans laquelle le zéro absolu est écrit comme 0 K, sans signe de degré. La Conversion de L’échelle Celsius à L’échelle Kelvin peut être effectuée en ajoutant 273 à l’échelle Celsius.,
Les températures cryogéniques sont considérablement inférieures à celles rencontrées dans les processus physiques ordinaires. Dans ces conditions extrêmes, les propriétés des matériaux telles que la résistance, la conductivité thermique, la ductilité et la résistance électrique sont altérées d’une manière à la fois théorique et commerciale. Parce que la chaleur est créée par le mouvement aléatoire des molécules, les matériaux à des températures cryogéniques sont aussi proches d’un état statique et hautement ordonné que possible.,
la cryogénie a commencé en 1877, année où l’oxygène a été refroidi pour la première fois au point où il est devenu liquide (-183 °C, 90 K). Depuis lors, le développement théorique de la cryogénie a été lié à la croissance de la capacité des systèmes de réfrigération. En 1895, alors qu’il était devenu possible d’atteindre des températures aussi basses que 40 K, l’air a été liquéfié et séparé en ses principaux composants; en 1908, l’hélium a été liquéfié (4,2 K). Trois ans plus tard, la propension de nombreux métaux surfondus à perdre toute résistance à l’électricité—le phénomène connu sous le nom de supraconductivité—a été découvert., Dans les années 1920 et 1930, des températures proches du zéro absolu ont été atteintes et, en 1960, les laboratoires pouvaient produire des températures de 0,000001 K, un millionième de degré Kelvin au-dessus du zéro absolu.
Les températures inférieures à 3 K sont principalement utilisées pour les travaux de laboratoire, en particulier la recherche sur les propriétés de l’hélium. L’hélium se liquéfie à 4,2 K, devenant ce qu’on appelle l’hélium I. À 2.,19 K, cependant, il devient brusquement hélium II, un liquide avec une viscosité si faible qu’il peut littéralement ramper sur le côté d’un verre et s’écouler à travers des trous microscopiques trop petits pour permettre le passage de liquides ordinaires, y compris l’hélium I. (L’hélium I et l’hélium II sont, bien sûr, chimiquement identiques.) Cette propriété est connue sous le nom de superfluidité.
l’application commerciale la plus importante des techniques de liquéfaction de gaz cryogénique est le stockage et le transport du gaz naturel liquéfié (GNL), un mélange composé en grande partie de méthane, d’éthane et d’autres gaz combustibles., Le gaz naturel est liquéfié à 110 K, ce qui le fait se contracter à 1/600e de son volume à température ambiante et le rend suffisamment compact pour un transport rapide dans des camions-citernes spécialement isolés.
des températures très basses sont également utilisées pour conserver les aliments simplement et à peu de frais. Produire est placé dans un réservoir scellé et pulvérisé avec de l’azote liquide. L’azote se vaporise immédiatement, absorbant la teneur en chaleur du produit.
en cryochirurgie, un scalpel ou une sonde à basse température peut être utilisé pour geler les tissus malsains. Les cellules mortes résultantes sont ensuite éliminées par des processus corporels normaux., L’avantage de cette méthode est que la congélation du tissu plutôt que de le couper produit moins de saignements. Un scalpel refroidi à l’azote liquide est utilisé en cryochirurgie; il s’est avéré efficace pour éliminer les amygdales, les hémorroïdes, les verrues, les cataractes et certaines tumeurs. En outre, des milliers de patients ont été traités pour la maladie de Parkinson en congelant les petites zones du cerveau considérées comme responsables du problème.
l’application de la cryogénie s’est également étendue aux véhicules spatiaux. En 1981, les états-UNIS, la navette spatiale Columbia a été lancée à l’aide de propulseurs à hydrogène liquide/oxygène liquide.
parmi les propriétés spéciales des matériaux refroidis à des températures extrêmes, la supraconductivité est la plus importante. Son application principale a été dans la construction d’électroaimants supraconducteurs pour accélérateurs de particules. Ces grandes installations de recherche nécessitent des champs magnétiques si puissants que les électroaimants conventionnels pourraient être fondus par les courants nécessaires pour générer les champs., L’hélium liquide refroidit à environ 4 K le câble à travers lequel les courants circulent, permettant à des courants beaucoup plus forts de circuler sans générer de chaleur par résistance.