- •Физика низких температур
- •1.1. Общая характеристика методов получения низких температур
- •1.1.1. Процесс дросселирования. Эффект Джоуля – Томсона
- •1 .1.2. Процесс детандирования (расширения с совершением работы
- •1.2. Циклы, основанные на использовании эффекта Джоуля – Томсона
- •1.3. Циклы, основанные на использовании расширения с отдачей внешней работы и эффекта Джоуля – Томсона
- •1.4. Специальные методы охлаждения
- •1.5. Методы получения температур ниже 0,3 к
- •2.1. Физические свойства криогенных жидкостей
- •2.2. Равновесные состояния и фазовые переходы чистых веществ
- •2.3. Зависимость упругости паров криогенной жидкости от ее температуры
- •2.4. Изменение температуры кипения жидкости путем откачки ее паров
- •2.5. Криостаты
- •2.6. Охлаждение криогенными жидкостями
- •3.1. Фононная теплоемкость. Закон Дебая
- •3.2. Электронная теплоемкость
- •3.3. Аномалии теплоемкости твердых тел
- •3.4. Теплопроводность твердых тел при низких температурах
- •3.5. Тепловое излучение
- •4.1. Свойства парамагнитных солей
- •4.2. Метод адиабатного размагничивания. Т-s диаграмма парамагнитных
- •4.3. Ядерное размагничивание
- •4.4. Магнито-калорический эффект. Магнитная термометрия
- •5.1. Гелий-4 , теплофизические свойства, диаграмма состояния
- •5.2. Квантовый характер поведения гелия. Элементы теории Ландау
- •5.3. Тепловые эффекты в Не-II
- •5.4. Гелий - 3, его теплофизические свойства, диаграмма состояния
- •5.5. Смеси 3Не и 4Не. Низкотемпературные методы разделения 3Не и 4Не
- •6.1. Зонная теория твердых тел
- •6.2. Электропроводность металлов при низких температурах
- •7. Сверхпроводимость
- •7.1. Основы сверхпроводимости
- •7.1.1. Температура перехода в сверхпроводящее состояние, критическое
- •7.2. Термодинамические свойства сверхпроводников
- •7.3. Некоторые вопросы теории сверхпроводимости
- •7.4. Классификация сверхпроводников
- •7.5. Применение сверхпроводников в технике
- •8. Низкотемпературная термометрия
- •8.1. Классификация и принцип работы термометров, работающих
- •8.2. Другие методы измерения криогенных температур
1.5. Методы получения температур ниже 0,3 к
К методам получения температур ниже 0,3 К относят метод адиабатного размагничивания, метод ядерного размагничивание, рефрижераторы на растворах 3Не – 4Не, охлаждение по методу Померанчука. Данные методы охлаждения будут рассмотрены в главах 4.2, 4.3, 5.5.
2. свойства рабочих веществ криогенных систем
2.1. Физические свойства криогенных жидкостей
К криогенным относят следующие жидкости: азот N2, кислород О2, аргон Ar, водород Н2, неон Ne, гелий Не и др. В таблице 2.1 представлены качественные характеристики некоторых криогенных жидкостей.
Основные теплофизические свойства криогенных жидкостей приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.1
Характеристики криогенных жидкостей
№ п/п |
Криогенная жидкость |
Качественные характеристики |
Безопасность |
Источники получения |
1 |
Азот |
Прозрачная бесцветная жидкость, без запаха, нетоксична, инертна |
Не следует допускать длительного контакта с атмосферным воздухом и углеводородами |
Воздухоразделительные установки (ВРУ) |
2 |
Кислород |
Химически активный газ, сильный окислитель |
В смеси с углеводородами, жирами, углем, древесиной, асфальтом, тканями взрывоопасен |
ВРУ |
3 |
Аргон |
Прозрачная бесцветная жидкость, без запаха, нетоксична, инертна |
|
ВРУ |
4 |
Водород |
Бесцветная жидкость, без запаха, нетоксична, инертна; химически активный газ |
Смесь воздуха с 4 – 7 % водорода считается взрывоопасной |
Природный газ, нефть, уголь |
5 |
Неон |
Прозрачная бесцветная жидкость |
|
Получают при разделении жидкого воздуха |
6 |
Гелий |
Бесцветная жидкость, без запаха |
|
Природный газ |
Таблица 2.2
Теплофизические свойства криогенных жидкостей [1]
№ п/п |
Свойства жидкостей* |
3Не |
4Не |
Н2 |
Ne |
N2 |
Воздух |
Ar |
О2 |
1 |
Точка нормального кипения, К |
3,19 |
4,214 |
20,27 |
27,09 |
77,36 |
78,8 |
87,28 |
90,18 |
2 |
Критическая температура, К |
3,32 |
5,2 |
33,2 |
44,4 |
126,1 |
133 |
150,7 |
154,6 |
3 |
Критическое давление, МПа |
0,117 |
0,229 |
1,315 |
2,65 |
3,39 |
3,92 |
4,89 |
5,08 |
4 |
Тройная точка, К |
– |
2,171** |
13,9 |
24,54 |
63,2 |
– |
83,8 |
54,4 |
5 |
Давление в тройной точке, кПа |
|
5,073** |
7,2 |
43,3 |
12,85 |
– |
68,8 |
0,152 |
6 |
Плотность, кг/м3 |
58,9 |
124,8 |
70,79 |
1206 |
807,3 |
874 |
1394 |
1141 |
7 |
Скрытая теплота плавления, кДж/кг |
8,49 |
20,9 |
443 |
85,9 |
199,3 |
205 |
161,9 |
213 |
8 |
Удельная теплоемкость, кДж/(кгК) |
4,61 |
4,48 |
9,68 |
1,83 |
2,05 |
1,96 |
1,136 |
1,695 |
9 |
Вязкость, Пас |
1,62 |
3,56 |
13,2 |
130 |
158 |
168 |
252 |
190 |
10 |
Теплопроводность, МВт/(мК) |
17,2 |
27,2 |
118,5 |
113 |
139,6 |
141 |
123,2 |
151,4 |
Примечания: * Свойства даны при условии насыщения 101,3 кПа.
** Данные для -точки.