Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
zakres temperatur kriogenicznych został zdefiniowany jako od -150 °C (-238 °F) do zera bezwzględnego (-273 °C lub -460 °F), temperatura, w której ruch cząsteczkowy zbliża się tak blisko teoretycznie możliwe do całkowitego ustania. Temperatury kriogeniczne są zwykle opisywane w skali bezwzględnej lub Kelvina, w której zero bezwzględne zapisywane jest jako 0 K, bez znaku stopnia. Konwersję ze skali Celsjusza na skalę Kelvina można wykonać, dodając 273 do skali Celsjusza.,
temperatury kriogeniczne są znacznie niższe niż te spotykane w zwykłych procesach fizycznych. W tych ekstremalnych warunkach takie właściwości materiałów, jak wytrzymałość, przewodność cieplna, ciągliwość i opór elektryczny są zmieniane zarówno w sposób teoretyczny, jak i komercyjny. Ponieważ ciepło jest wytwarzane przez losowy ruch cząsteczek, materiały w temperaturach kriogenicznych są tak blisko statycznego i wysoce uporządkowanego stanu, jak to możliwe.,
kriogenika miała swój początek w 1877 roku, w którym tlen został po raz pierwszy schłodzony do punktu, w którym stał się cieczą (-183 °c, 90 K). Od tego czasu teoretyczny rozwój kriogeniki związany jest ze wzrostem wydajności systemów chłodniczych. W 1895 roku, kiedy udało się osiągnąć temperaturę nawet 40 K, powietrze zostało skroplone i rozdzielone na główne składniki; w 1908 roku skroplono Hel (4,2 K). Trzy lata później odkryto skłonność wielu przechłodzonych metali do utraty wszelkiej odporności na elektryczność—zjawisko znane jako nadprzewodnictwo., W 1920 i 1930 roku temperatury zbliżone do zera bezwzględnego zostały osiągnięte, a w 1960 roku laboratoria mogły produkować temperatury 0,000001 K, milionowej części stopnia Kelvina powyżej zera bezwzględnego.
temperatury poniżej 3 K są wykorzystywane przede wszystkim do prac laboratoryjnych, w szczególności do badań właściwości helu. Hel skrapla się w temperaturze 4,2 K, stając się tym, co jest znane jako Hel I. W 2.,19 K, jednak nagle staje się helem II, cieczą o tak niskiej lepkości, że może dosłownie czołgać się po stronie Szkła i przepływać przez mikroskopijne otwory zbyt małe, aby umożliwić przejście zwykłych cieczy, w tym helu I. (Hel I i hel II są oczywiście identyczne chemicznie.) Właściwość ta jest znana jako nadpłynność.
najważniejszym komercyjnym zastosowaniem technik skraplania gazu kriogenicznego jest przechowywanie i transport skroplonego gazu ziemnego( LNG), mieszaniny w dużej mierze złożonej z metanu, etanu i innych gazów palnych., Gaz ziemny jest skroplony w temperaturze 110 K, co powoduje, że kurczy się do 1/600 objętości w temperaturze pokojowej i czyni go wystarczająco kompaktowym do szybkiego transportu w specjalnie izolowanych cysternach.
bardzo niskie temperatury są również wykorzystywane do konserwowania żywności w prosty i niedrogi sposób. Produkty są umieszczane w szczelnym zbiorniku i rozpylane ciekłym azotem. Azot natychmiast odparowuje, absorbując zawartość ciepła w produkcie.
w kriochirurgii można użyć niskotemperaturowego skalpela lub sondy do zamrożenia niezdrowej tkanki. Powstałe martwe komórki są następnie usuwane poprzez normalne procesy organizmu., Zaletą tej metody jest to, że zamrażanie tkanki zamiast cięcia powoduje mniejsze krwawienie. Skalpel chłodzony ciekłym azotem jest stosowany w kriochirurgii; okazał się skuteczny w usuwaniu migdałków, hemoroidów, brodawek, zaćmy i niektórych guzów. Ponadto tysiące pacjentów zostało leczonych z powodu choroby Parkinsona przez zamrożenie małych obszarów mózgu, które uważa się za odpowiedzialne za problem.
zastosowanie kriogeniki rozszerzyło się również na pojazdy kosmiczne. W 1981 w USA., prom kosmiczny Columbia został wystrzelony z pomocą ciekłego wodoru / ciekłego tlenu.
ze specjalnych właściwości materiałów chłodzonych do ekstremalnych temperatur najważniejsze jest nadprzewodnictwo. Jego głównym zastosowaniem było konstruowanie nadprzewodzących elektromagnesów do akceleratorów cząstek. Te DuĹĽe obiekty badawcze wymagajÄ … tak silnego pola magnetycznego, ĹĽe konwencjonalne Elektromagnesy mogĹ ' y byÄ ‡ stopione przez prÄ … dy wymagane do generowania tego pola., Ciekły hel chłodzi do około 4 K Kabel, przez który przepływają prądy, umożliwiając przepływ znacznie silniejszych prądów bez generowania ciepła przez opór.