Cryogenics, production and application of low-temperature phenomena.
Encyclopædia Britannica, Inc.
det kryogena temperaturområdet har definierats från -150 °C (-238 °f) till absolut noll (-273 °C eller -460 °F), temperaturen vid vilken molekylär rörelse kommer så nära som teoretiskt möjligt för att upphöra helt. Kryogena temperaturer beskrivs vanligtvis i den absoluta eller Kelvinskalan, där absolut noll skrivs som 0 K, utan ett gradskylt. Omvandling från Celsius till Kelvinskalan kan göras genom att lägga 273 till Celsius-skalan.,
kryogena temperaturer är betydligt lägre än de som uppstår i vanliga fysiska processer. Vid dessa extrema förhållanden förändras sådana egenskaper hos material som styrka, värmeledningsförmåga, duktilitet och elektrisk resistans på både teoretisk och kommersiell betydelse. Eftersom värme skapas av molekylernas slumpmässiga rörelse är material vid kryogena temperaturer så nära ett statiskt och högt beställt tillstånd som möjligt.,
Cryogenics hade sin början 1877, året då syre först kyldes till den punkt där det blev en vätska (-183 °C, 90 K). Sedan dess har den teoretiska utvecklingen av kryogenik kopplats till tillväxten i kylsystemens förmåga. År 1895, när det hade blivit möjligt att nå temperaturer så låga som 40 K, var luft flytande och separeras i dess huvudkomponenter; 1908 helium var flytande (4.2 K). Tre år senare upptäcktes benägenheten hos många superkylda metaller att förlora all motståndskraft mot elektricitet—fenomenet känt som supraledning., Vid 1920-talet och 1930-talet uppnåddes temperaturer nära absolut noll, och 1960 kunde laboratorier producera temperaturer på 0.000001 K, en miljonte grad Kelvin över absolut noll.
temperaturer under 3 K används främst för laboratoriearbete, särskilt forskning om Heliums egenskaper. Helium kondenserar på 4,2 K, blir vad som kallas helium I. 2.,19 K blir det emellertid plötsligt helium II, en vätska med så låg viskositet att den bokstavligen kan krypa upp på sidan av ett glas och strömma genom mikroskopiska hål för små för att tillåta passage av vanliga vätskor, inklusive helium I. (Helium i och helium II är naturligtvis kemiskt identiska.) Denna egenskap är känd som superfluiditet.
den viktigaste kommersiella tillämpningen av kryogena gasvätsketeknik är lagring och transport av flytande naturgas (LNG), en blandning som till stor del består av metan, etan och andra brännbara gaser., Naturgas kondenseras vid 110 K, vilket gör att den kontraherar till 1/600 av sin volym vid rumstemperatur och gör den tillräckligt kompakt för snabb transport i speciellt isolerade tankfartyg.
mycket låga temperaturer används också för att bevara mat enkelt och billigt. Produce placeras i en förseglad tank och sprutas med flytande kväve. Kvävet förångas omedelbart och absorberar produktens värmeinnehåll.
i kryokirurgi kan en skalpell eller sond med låg temperatur användas för att frysa ohälsosam vävnad. De resulterande döda cellerna avlägsnas sedan genom normala kroppsliga processer., Fördelen med denna metod är att frysning av vävnaden snarare än att skära den ger mindre blödning. En skalpell som kyls av flytande kväve används i kryokirurgi; det har visat sig framgångsrikt för att ta bort tonsiller, hemorrojder, vårtor, grå starr och vissa tumörer. Dessutom har tusentals patienter behandlats för Parkinsons sjukdom genom att frysa de små områdena i hjärnan som tros vara ansvariga för problemet.
tillämpningen av kryogenik har också utvidgats till rymdfarkoster. 1981 USA, rymdfärjan Columbia lanserades med hjälp av flytande väte/flytande syre drivmedel.
av de speciella egenskaperna hos material som kyls till extrema temperaturer är supraledning den viktigaste. Dess främsta ansökan har varit i byggandet av supraledande elektromagneter för partikelacceleratorer. Dessa stora forskningsanläggningar kräver sådana kraftfulla magnetfält att konventionella elektromagneter kan smältas av de strömmar som krävs för att generera fälten., Flytande helium kyler till ca 4 K kabeln genom vilken strömmarna flyter, vilket gör att mycket starkare strömmar kan strömma utan att generera värme genom motstånd.