Теория и практика низких температур.Часть 2.

для раздела Блоги
Поговорим немного о сжижении газов.Первопроходцем в этой
области,несомненно,стал М.Фарадей.Начиная с 20 годов 18
столетия он в своих трудах показал,что многие газы
поддаются ожижению (аммиак,хлор и др.),и при этом погла-
щаются болишие количества энергии.Но позже он столкнулся
с газами,которые в скоре назвал постоянными(O2,N2,H2,NH4,
CO2 и др.)Как ни старался он ни мог заставить их сжижать-
ся,даже при высоком давлении.И лишь спустя пол века в 1877
году Пикте и Кальете смогли ожижить кислород(90,19К),но для
исследований таких мощностей не хватало.Начиная с этого
момента берёт начало физика низких температур,параллельно
сней шагает и низкотемпературная химия.
в 1894 году Камерлинг-Оннес (Лейденский университет) собрал
машину для ожижения воздуха,она работала по каскадной схеме.
Впервые каскад был собран швейцарским физиком Пикте и в
последующем использовался оверклокерами,для замораживания
счётных палочек,шутка!Каскадные системы собирали и в после-
дующем для ожижения газов (гелий был сжижен лишь в 19 веке).
Их суть в том,что температура понижается постепенно за счёт
применения нескольких компрессоров с разными холодильными
агентами.Рабочей жидкостью первой ступени трёхкаскадной
системы Камерлинг-Оннеса был СН3Сl(метилхлорид),второй
ступени - С2Н4(этилен).Первая ступень служила для охлажде-
ния входного сжатого этилена второй ступени,который конден-
сировался в змеевике,охлаждаемом жидким метилхлоридом(183К)
Испаритель второй ступени ожижал сжатый воздух третьей сту-
пени.Но данный способ не пригоден для сжижения таких чудо
жидкостей как гелий(4,2К изотоп гелия-3 кипит при 3.2К) и
водород(20,4К).На основании открытий Джоуля и Томсона были
предложены новые средства сжижения газов.В 1852 году они
заметили,что при прохождении сжатого газа через препядствия
(узкие трубки) большинство газов охлаждаются,но водород
нагревался.Позже установили,что все газы охлаждаются,только
их температура перед сужением должна быть достаточно низкой.
Температура при которой идёт нагревание получила название
инверсии.
В установке Гемпсена воздух сжимался до 20 МПа и при комна-
тной температуре подавался в конденсер(герметичный сосуд с
змеевиком внутри),дальше сжатый воздух через змеевик сте-
кает через дроссельный клапан и расширяется.Так как раз-
ность температур комнатной и температур инверсии велика,то
газ при расширении охлаждается.Охладившийся газ возвращает-
ся в компрессор через рубашку конденсера,омывая змеевик,
охлаждает сжатый воздух идущий от компрессора.Благодаря
возможности церкулировать,газ стекающий с дросселя начинает
сжижаться.
Ожижение гелия и водорода происходило примерно так же как и
сжижение воздуха,но предворительно они охлаждались при
оптимально подобранном давлением(3 и 15 МПа соотв.)
Ещё один очень интересный метод(Клода) заключался в том,
что газ расширяется,совершая работу за счёт своей внутренней
энергии(без теплообмена с внешней средой)и при этом охлаждается.
Эти расширительные машины получили название детандеров
(поршневые,турбинные).
Саймон,для ожижения гелия так же использовал расширение сильно
сжатого газа в адеабатных условиях.Газообразный гелий сжимался
в толстостенном медном сосуде до давлений порядка 15 Мпа и
охлаждался твёрдым вдодродом до температуры 11К. дальше сжатый
гелий теплоизолируется путём вакуумизации рубашки сосуда,затем
через узкую трубку падаётся в газгольдер(ещё в газообразном
состоянии),находящийся при комнатной температуре.При расширении
в газгольдере гелий ожижается и на 3/4 заполняет медный стакан.
Ну и экстримально низкие температуры получают при помощи
магнитных явлений.Такой метод был предложен П.Дебаем и У.Джиоком.
Он основан на том,что магнитные ионы парамагнетиков ориентируются
в магнитном поле(по закону Кюри).Парамагнетики(в данном случае
соли) намагничивают в магнитном поле при температурах -272с(1К)
так,что ионы ориентируются по напрвлению поля,при этом теплоту
намагничивания отбирают жидким гелием(3,4).При отключении поля
происходит адеабатическое размагничивание,которое и приводит
к понижению температуры соли(0,001-0,01К)

В сети можно найти достаточно материала на эту тематику,но суть
везде одна.Здесь отражены наиболее известные методы получения
низких температур,сильно прогремевших в своё время.
Telegram-канал @overclockers_news - это удобный способ следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Оценитe материал

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают