Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
het cryogene temperatuurbereik is gedefinieerd als van -150 °C (-238 ° F) tot het absolute nulpunt (-273 °C of -460 °F), de temperatuur waarbij de moleculaire beweging theoretisch zo dicht mogelijk stopt. Cryogene temperaturen worden meestal beschreven in de absolute of Kelvin schaal, waarin het absolute nulpunt wordt geschreven als 0 K, zonder een graadteken. Conversie van de Celsius naar de Kelvin-schaal kan worden gedaan door 273 toe te voegen aan de Celsius-schaal.,
cryogene temperaturen zijn aanzienlijk lager dan bij gewone fysische processen. Bij deze extreme omstandigheden worden eigenschappen van materialen zoals sterkte, thermische geleidbaarheid, rekbaarheid en elektrische weerstand veranderd op manieren van zowel theoretisch als commercieel belang. Omdat warmte wordt gecreëerd door de willekeurige beweging van moleculen, zijn materialen bij cryogene temperaturen zo dicht mogelijk bij een statische en hoogst geordende staat als mogelijk is.,Cryogenica begon in 1877, het jaar waarin zuurstof voor het eerst werd afgekoeld tot het punt waarop het vloeibaar werd (-183 °C, 90 K). Sindsdien is de theoretische ontwikkeling van cryogenica verbonden met de groei van het vermogen van koelsystemen. In 1895, toen het mogelijk was geworden om temperaturen tot 40 K te bereiken, werd lucht vloeibaar gemaakt en gescheiden in zijn belangrijkste componenten; in 1908 werd helium vloeibaar gemaakt (4,2 K). Drie jaar later werd de neiging van veel onderkoelde metalen om alle weerstand tegen elektriciteit te verliezen—het fenomeen dat bekend staat als supergeleiding—ontdekt., In de jaren 1920 en 1930 werden temperaturen dicht bij het absolute nulpunt bereikt en in 1960 konden laboratoria temperaturen van 0,000001 K produceren, een miljoenste graad Kelvin boven het absolute nulpunt.
temperaturen beneden 3 K worden voornamelijk gebruikt voor laboratoriumwerkzaamheden, in het bijzonder voor onderzoek naar de eigenschappen van helium. Helium wordt vloeibaar bij 4.2 K en wordt wat bekend staat als helium I. bij 2.,19 K wordt het echter abrupt helium II, een vloeistof met zo ‘ n lage viscositeit dat het letterlijk langs de zijkant van een glas kan kruipen en door microscopische gaten kan stromen die te klein zijn om de doorgang van gewone vloeistoffen, waaronder helium I, mogelijk te maken (Helium I en helium II zijn natuurlijk chemisch identiek.) Deze eigenschap staat bekend als superfluïditeit.
de belangrijkste commerciële toepassing van cryogene gasliquefactietechnieken is de opslag en het transport van vloeibaar aardgas (LNG), een mengsel dat grotendeels bestaat uit methaan, ethaan en andere brandbare gassen., Aardgas wordt vloeibaar gemaakt bij 110 K, waardoor het bij kamertemperatuur tot 1/600E van zijn volume krimpt en het voldoende compact maakt voor snel transport in speciaal geïsoleerde tankers.
zeer lage temperaturen worden ook gebruikt om voedsel eenvoudig en goedkoop te conserveren. De opbrengst wordt in een gesloten tank geplaatst en met vloeibare stikstof besproeid. De stikstof verdampt onmiddellijk en absorbeert het warmtegehalte van het product.
in cryochirurgie kan een scalpel of sonde bij lage temperatuur worden gebruikt om ongezond weefsel te bevriezen. De resulterende dode cellen worden dan verwijderd door middel van normale lichamelijke processen., Het voordeel van deze methode is dat het bevriezen van het weefsel in plaats van snijden het minder bloeden produceert. Een scalpel gekoeld met vloeibare stikstof wordt gebruikt in cryochirurgie; het is succesvol gebleken in het verwijderen van amandelen, aambeien, wratten, staar, en sommige tumoren. Daarnaast zijn duizenden patiënten behandeld voor de ziekte van Parkinson door het bevriezen van de kleine gebieden van de hersenen verondersteld om verantwoordelijk te zijn voor het probleem.
de toepassing van cryogenica is ook uitgebreid tot ruimtevoertuigen. In 1981 de VS, Space shuttle Columbia werd gelanceerd met behulp van vloeibare waterstof / vloeibare zuurstof stuwstoffen.
van de speciale eigenschappen van materialen die tot extreme temperaturen zijn gekoeld, is supergeleiding het belangrijkst. De belangrijkste toepassing was de bouw van supergeleidende elektromagneten voor deeltjesversnellers. Deze grote onderzoeksfaciliteiten vereisen zulke krachtige magnetische velden dat conventionele elektromagneten kunnen worden gesmolten door de stromen die nodig zijn om de velden te genereren., Vloeibaar helium koelt tot ongeveer 4 K de kabel waardoor de stromen stromen, waardoor veel sterkere stromen te stromen zonder het genereren van warmte door weerstand.