Obținerea temperaturilor scăzute
O reducere semnificativă a temperaturii poate fi realizată în mai multe moduri. Dar ideea tuturor căilor este aceeași: trebuie să facem corpul pe care vrem să ne rătăcească, să ne folosim energia interioară.
Cum se poate face acest lucru? Una dintre căi este de a face fierberea lichidului fără a aduce căldură din afară. Pentru aceasta, după cum știm, este necesar să se reducă presiunea - reduceți-o la valoarea presiunii vaporilor. Căldura, consumată prin fierbere, va fi împrumutată din lichid, iar temperatura lichidului și a vaporilor, și cu ea presiunea de vapori, va cădea. Prin urmare, pentru ca procesul de fierbere să nu se oprească și să se producă mai repede, aerul trebuie pompat continuu din recipient cu lichidul.
Cu toate acestea, scăderea temperaturii în timpul acestui proces ajunge la o limită: presiunea de vapori devine în cele din urmă nesemnificativă și presiunea dorită nu poate fi creată nici de cele mai puternice pompe de pompare.
Pentru a continua scăderea temperaturii, este posibil, prin răcirea gazului cu lichidul rezultat, transformarea acestuia într-un lichid cu un punct de fierbere mai scăzut.
Acum, procesul de pompare poate fi repetat cu cel de-al doilea. substanță și să obțină astfel temperaturi mai scăzute. Dacă este necesar, această metodă de "cascadă" de obținere a temperaturilor scăzute poate fi extinsă.
Acesta este exact ceea ce sa întâmplat la sfârșitul secolului trecut; lichefierea gazelor a fost efectuată în etape: etilenă, oxigen, azot, hidrogen - substanțele cu punct de fierbere -103, -183, -196 și -253 ° C au fost ulterior transformate în lichid. Având hidrogen lichid, puteți obține cel mai scăzut lichid fierbinte - heliu (-269 ° C). Un vecin "din stânga" a ajutat la obținerea unui vecin "în dreapta."
Metoda în cascadă de răcire este aproape o sută de ani. În 1877, această metodă a fost utilizată pentru a obține aerul lichid.
În anii 1884-1885. a fost obținut mai întâi hidrogen lichid. În cele din urmă, douăzeci de ani mai târziu, a fost luată ultima cetate: în 1908, Kamerling-Onnes din orașul Leiden din Olanda a fost transformat în heliu lichid - substanța cu cea mai mică temperatură critică. Recent, a fost sărbătorită cea de-a 70-a aniversare a acestei importante realizări științifice.
Timp de mulți ani Laboratorul Leiden a fost singurul laborator cu temperatură scăzută. Zeci de astfel de laboratoare există în toate țările, fără a menționa plantele care produc aer lichid, azot, oxigen și heliu în scopuri tehnice.
Metoda cascadă de obținere a temperaturilor scăzute este acum rar utilizată. În instalațiile tehnice pentru scăderea temperaturii se folosește o altă metodă de scădere a energiei interne a gazului: face ca gazul să se extindă rapid și să funcționeze în detrimentul energiei interne.
Dacă, de exemplu, aerul comprimat în mai multe atmosfere este introdus în expansor, atunci când se efectuează lucrarea de deplasare a pistonului sau de rotire a turbinei, aerul este atât de rece încât se va transforma într-un lichid. Dioxidul de carbon, dacă este eliberat rapid din cilindru, răcit atât de puternic, care se transformă rapid în "gheață".
Gazele lichide sunt utilizate pe scară largă în inginerie. Oxigenul lichid este folosit în tehnologie explozivă, ca o componentă a amestecului de combustibil în motoarele cu reacție.
Instalația de lichefiere a aerului este utilizată în tehnologie pentru a separa componentele de aer de gaze.
În diferite domenii ale tehnologiei, este necesară funcționarea la o temperatură a aerului lichid. Dar pentru multe studii fizice această temperatură nu este suficient de scăzută. Într-adevăr, dacă convertim gradele Celsius la scala absolută, vedem că temperatura aerului lichid este de aproximativ 1/3 din temperatura camerei. Mult mai interesante pentru fizică sunt temperaturile "hidrogenului", adică temperaturile de ordinul 14-20 K și în special temperaturile "heliului". Temperatura minimă obținută la pomparea heliului lichid este de 0,7 K.
Fizicienii au reușit să se apropie de zero absolut mult mai îndeaproape. În prezent, temperaturile care depășesc zero absolută sunt doar câteva milimi de un grad. Cu toate acestea, aceste temperaturi extrem de scăzute sunt obținute în moduri care nu sunt similare cu cele descrise mai sus.
În ultimii ani, fizica temperaturilor scăzute a generat o ramură specială a industriei angajată în producția de echipamente care permite menținerea unor volume mari la temperaturi apropiate de zero; S-au dezvoltat cabluri de alimentare, din care autobuzele cu curent acționează la temperaturi sub 10 K.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: