Проблема: «Изучить способы применения низких температур в технике.» План проекта: Низкие температуры. Получение низких температур. Критическая температура. Применение низких температур в быту. Холодильник. Физика и техника низких температур.

Низкие температуры «… если бы мы могли погрузить Землю в некую холодную область, например в атмосферу Юпитера или Сатурна, то все наши реки и океаны превратились бы в горы. Воздух перестал бы быть невидимым и превратился бы в жидкость. Превращения такого рода открыли бы возможность получения новых жидкостей, о которых мы до сих пор не имеем никакого понятия.» Лавуазье, 1783 год

Получение низких температур Существенного уменьшения температуры можно достигнуть разными способами. Но идея всех способов одна и та же: заставить тело затратить свою внутреннюю энергию. Как же это сделать? Один из способов – заставить жидкость кипеть, не подводя тепла извне(каскадный способ охлаждения). Второй способ – заставить газ быстро расширяться и производить работу за счёт внутренней энергии. В 30-е годы начали получать низкие температуры с помощью жидкого гелия на специальных устройствах, работающих на основе эффекта Джоуля-Томсона, - используя охлаждение газа при его дросселировании.

Критическая температура пар Т Ткр Р Ркр жидкость Р Ркр критическая точка ТТкр жидкость насыщенный пар Критическая температура- это температура, при кото- рой свойства жидкости и газа одинаковы. Всегда возможно, изменяя давление и температуру в обход критической точки, полу- чить пар путём непрерывного перехода его в пар из жидкости или в жидкость из пара. Этот процесс не требует кипения или конденсации.

Холодильник Р V a б в г Хотя обратимость циклов в тепловой машине использовалась во многих рассуждениях и теория, долго никому не приходило в голову, для чего может понадобиться на практике теп- ловая машина, работающая в обрат- ном направлении. Почему-то идея комнатного холодильника возникла недавно. аб вг де Т S Если оставить в стороне конструк- тивные соображения,то холодиль- ник работает так же,как и тепло- вая машина, но все операции проходят в обратном порядке.

Когда холодильники только входили в быт, рекламиро- валась электрическая плитка, которая поворотом рукоятки превращалась в холодильник.Она прекрасно демонстриро- вала основную идею обратимого цикла Карно. Сейчас никого не удивляет, что холодильник нагревает комнату. Из закона термодинамики следует, что нельзя построить прибор,охлаждающий какой-то объём,не затра- чивая энергии на работу.

Физика и техника низких температур Свойства жидкого гелия. Всё это интересно, но причём тут гелий? Что происходит с гелием при температурах ниже 2,17К. Сверхтекучесть гелия. Сверхпроводимость связана со сверхтекучестью. Хранение, транспортировка и использование жидких газов

В 1908 году в физической лаборатории Лейденского университета под руководством выдающегося голландского физика Камерлинг-Оннеса был получен жидкий гелий при температуре, близкой к абсолютному нулю температур. В 1911 году Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости(Нобелевская премия 1913 год). Не прошло и ста лет, как из этих открытий возникла целая наука– физика низких температур, а затем и обширная область – техника низких температур. Основоположником теории низких температур стал дважды Герой Социалистического Труда, Нобелевский лауреат, академик Пётр Леонидович Капица( )

Свойства жидкого гелия Р Т,к пар критическая точка 647,3К вода лёд 273,15К Тройная точка – это точка, где граничат сразу три фазы: твёрдая, жидкая и газообразная, и все три можно наблюдать одновременно. Тройная точка есть у всех веществ. Если откачивать непрерывно пары жидкости, то температура её будет падать и жидкость наконец затвердеет.

Всё это интересно, но причём тут гелий? Р, х98100 Па твёрдый гелий пар критическая точка 5,2К; 0,22МПа Т,к ,76К 2,9МПа жидкий гелий2 жидкий гелий1 А притом, что гелий – это исключение: у него нет тройной точки. Если откачи- вать пары жидкого гелия, то при атмосферном давлении и температуре 4,2К он начина- ет кипеть. При дальнейшей откачке типичное кипение становится более интенсив- ным и при 2,17К и давлении 5000Па кипение прекраща- ется. Дальше при температу- ре около нуля Кельвин видно, что получить твёрдый гелий невозможно.

Что происходит с гелием при температуре ниже 2,17К Оказывается, при температуре ниже 2,17К жидкий гелий приобретает новые свойства – он становится единственной известной нам, так называемой квантовой жидкостью. Принято говорить, что при температуре гелий1 (обычный) переходит в гелий2. На диаграмме состояния область существования гелия1 отделяется от области гелия2 л-линией. Все жидкости затвердевают задолго до того, как в них начнут проявляться квантовые свойства. Только гелий2 остаётся жидким, как мы выяснили ранее, даже при температуре, близкой к нулю Кельвин.

Сверхтекучесть гелия В 1937 году академиком П.Л. Капицей было сделано фундаментальное открытие в области низких температур – явление, названное им сверхтекучестью. Сверхпроводимость связана со сверхтекучестью В 1912 году Камерлинг-Оннесом было открыто явление сверхпроводимости металлов при температурах ниже Ткр гелия. Сверхпроводимость металлов была объяснена лишь в 1957 году.

Хранение, транспортировка и использование жидких газов Схема устройства сосуда для хранения и транспортировки жидкого гелия - криостата