Криогенные температуры

Інтерес до отримання низьких температур виник не лише з практичних міркувань. Фізиків давно цікавило питання, чи можна перетворити в рідину такі гази, як повітря, кисень, водень. Основні методи здобуття низьких температур: дроселювання, випаровування рідини, розширення зі здійсненням зовнішньої роботи, ефект Пельтьє, кріостат розчинення, адіабатичне розмагнічування.

Метод  дроселювання полягає в  тому, що при протіканні через звуження прохідного каналу трубопроводу - дросель, або через пористу перегородку відбувається зниження тиску газу або пари разом з пониженням його температури. Ефект дроселювання використовується головним чином для глибокого охолодження і зрідження газів.

Випаровування рідини. Знижуючи тиск над вільною поверхнею рідини можна отримати температуру нижче нормальної точки кипіння цієї рідини. Наприклад, відкачуванням парів азоту можна домогтися температури до температури потрійної точки 63 K, відкачуванням парів водню (над твердою фазою) можна домогтися температури 10 K, відкачуванням парів гелію можна добитися (при дуже хороших умовах проведення експерименту) температури близько 0,7 K.

Випаровування рідини зі здійсненням  зовнішньої роботи. Можна охолоджувати газ, використовуючи детандер - пристрій для додаткового охолодження газу шляхом його випуску під тиском в циліндр з поршнем, що переміщається із зусиллям. При цьому газ здійснює роботу і охолоджується. Використовується в циклі отримання рідкого гелію.

Ефект Пельтьє використовують в термоелектричних охолоджуючих пристроях. Він заснований на зниженні температури спаїв напівпровідників при проходженні через них постійного електричного струму. Величина виділяється тепла і його знак залежать від виду контактуючих речовин, сили струму і часу проходження струму, тобто кількість виробленого тепла пропорційно кількості пройшов через контакт заряду.

Кріостат розчинення. У процесі охолодження використовується суміш двох ізотопів гелію: 3He і 4He. При охолодженні нижче 700 мК, суміш відчуває мимовільне розділення фаз, утворюючи фази багату 3He і багату 4He. Суміш 3He / 4He зріджується в конденсаторі, який приєднаний через дросель до області багатою 3He змішувальної камери. Атоми 3He, проходячи через межу розділу фаз, відбирають енергію у системи.

Адіабатичне розмагнічування. Метод заснований на ефекті виділення теплоти з парамагнітних солей при їх намагнічуванні і наступному поглинанні теплоти при їх розмагнічування. Це дозволяє отримувати температури аж до 0,001 K. Для отримання дуже низьких температур найбільше підходять солі з малою концентрацією парамагнітних іонів, тобто солі, в яких сусідні парамагнітні іони відокремлені один від одного немагнітними атомами.

Вимірювання низьких температур

Первинним термометричною приладом для  вимірювання термодинамічної температури аж до 1 До служить газовий термометр. Використовуються термометри опору (платиновий - для прецизійних вимірювань, мідний, вугільний).

В якості вторинних термометрів  можуть використовуватися термопари, напівпровідникові діоди - однак вони вимагають градуювання. Аналогом термометрії по тиску насичених парів в області наднизьких температур є вимірювання температури в діапазоні 30-100 мК по осмотичного тиску ³ He в суміші ³ He - 4He.

СПИСОК  ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. А.Б. Фрадков. Криогенні рідини. М.: Знання,  1988р. – 63с.
2. Я.А. Смородинский. Температура. М.: Знание,  1977р. – 51с.
3. М. Земанский. Температуры очень низки и очень высокие. М.:Мир,  1968г. -147с.
4. К. Мендельсон. На пути к абсолютному нулю. М.:Атомиздат, 1971г. – 110с.
5. Л.Д. Ландау. А.И.Китайгородский. Физика для всех. М.:Наука, 1978 г.– 208с.
6. Справочник по физико-техническим основам криогеники. – М.:Энергоатомиздат, 1985г. – 150с.
7. К.К. Ребане. Энергия, энтропия, середа обитания. – М.:Знание, 1985 – 367с.