ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вниз по шкале температур. Основы криогенной техники из "Основы теории тепловых процессов и машин Часть 2 Издание 3 " Ученые стремились приблизиться к абсолютному нулю температуры и поддерживать ее длительное время с помощью холодильной машины. Это стремление базировалось на уже известных научных положениях о фазовых превращениях веществ, в том числе и газов. [c.90] В современных ядерных энергетических установках требуется интенсивное охлаждение оборудования, находящегося в активной зоне реактора. Для этого не подходят вещества, находяпщеся в жидкой фазе при обычных условиях, так как они поглощают мало теплоты из-за их высокой температуры Го.с- Поэтому используют сжиженные газы, имеющие низкую температуру (например, жидкий азот). Сжиженные газы легче транспортировать любым видом транспорта (выше безопасность). В машиностроении сжиженные газы применяют для охлаждения деталей перед их установкой в отверстия с целью обеспечения надежной фиксации за счет натяга, возникающего в результате их расширения при естественном нагревании (так устанавливаются оси сателлитов танковых планетарных коробок передач, бортовых передач). [c.91] Сжижение воздуха используется для разделения его на составные части неон, азот, аргон, кислород и другие. Полученные таким образом газы наг шли широкое применение. Так, кислород в смеси с ацетиленом употребляют для сварки и резки металлов. Большое значение имеет кислородное дутье для ускорения металлургических процессов. [c.91] неон и другие инертные газы используются для наполнения электрических ламп накаливания, азот — в химической промышленности. [c.91] Жидкий кислород применяют для производства взрывных работ, при строительстве каналов, метрополитенов и выполнения других работ. [c.91] При нахождении вещества в газообразном состоянии его частицы (молекулы, атомы) находятся на большом расстоянии друг от друга. Кинетическая энергия частиц большая, поскольку они находятся на больших расстояниях. Сжимая газ, мы уменьшаем расстояния между его молекулами. Их движение становится более упорядоченным. С другой стороны, уменьшив внутреннюю энергию газа, мы можем тем самым уменьшить скорость его частиц. Их движение также будет становиться более упорядоченным. [c.91] Мы уже знаем , что переход из газового состояния в жидкое состояние определяется действием сил межмолекулярного притяжения, которые вызывают конденсацию пара. Вместе с тем конденсации препятствует наличие у молекул кинетической энергии, которая заставляет их совершать независимые движения, не давая им слипаться . Повышение температуры приводит к увеличению кинетической энергии молекул. Молекулы будут удаляться друг от друга. [c.92] Известно , что, сжимая газ при очень низких температурах (например Го), его можно непосредственно перевести в твердую фазу, минуя жидкую. Сжимая изотермически углекислый газ при температуре Го, можно получить его в твердом виде (сухой лед), минуя жидкую фазу. Однако при более высоких температурах (Гх и Г2) путем сжатия газ уже нельзя перевести в твердое состояние, минуя жидкую фазу. Сжатие жидкости сопровождается резким возрастанием ее давления (линии идут почти вертикально). Самую высокую температуру Г3, при которой газ еще удается превратить в жидкость (пусть и на мгновение) в результате повышения давления, называют критической температурой. Критической температуре Гкр (точка) соответствует критическое давление Ркр при котором газ еще может перейти в жидкость. При температурах выше критической (Гг Г3 = Гкр) никакое давление не может заставить газ перейти в жидкое состояние. Вместо этого с ростом давления газ становится все плотнее и постепенно приобретает свойства, напоминаюище свойства жидкости, однако жидкостью так и не становится. [c.92] Часто проводят различие между терминами газ и пар . Вещество, находящееся в газообразном состоянии при температуре ниже критической, называется паром, Екхли температура выше критической, то мы имеем газ . [c.92] Таким образом, чтобы газ перевести в жидкое состояние, необходимо его сжимать до требуемых давлений при температуре, ниже критической. [c.92] Чем выше температура газа (но ниже критической Гкр), тем большее давление требуется для его перевода в жидкое состояние. [c.92] Перевод газов в твердое состояние в большинстве случаев нецелесообраг зен, так как в таком состоянии их поступление в используемые устройства крайне затруднено или вообще невозможно. Так, кислород в твердой фазе невозможно подать в камеру сгорания ракетного двигателя, а твердый азот — к ядерному реактору. [c.93] Известно, что для сжижения большинства газов путем их сжатия требуется значительно понижать их температуру до Т Гкр. Сухой лед получают путем сжатия охлажденной до температуры 200 К (—73°С) двуокиси углерода. [c.93] Эффект Джоуля—Томсона практически используется для понижения температуры всего лишь на один порядок (в 10 раз) по сравнению с температурой окружающей среды Т .с = 300 К. На практике проявление эффекта Джоуля—Томсона можно наблюдать, проведя следующий эксперимент. Бели взять воздушный баллон системы пуска двигателя , наполненный сжатым воздухом до давления 15 МПа, и открыть вентиль, то воздух будет выходить из него с большой скоростью, расширяясь на выходе. Воздух проходит через дросселирующее отверстие в вентиле. В результате такого дросселирования температура газа на выходе резко понижается, что ощущается руками, если взяться за вентиль. [c.93] На рис. 8.39 изображена холодильная машина Линде, применяемая для сжижения газов. Газ сжимается компрессором и направляется в сопло. [c.93] Получив сжиженный воздух (при нормальном давлении он образуется при температуре 80К), мы вступили в так называемую область криогенных температур, — на порядок ниже нормальных. В соответствии с резолюцией Парижского совещания (1969 г.) любые температуры, ниже 120 К, считал ются криогенными ( крио —в переводе с греческого означает холод криогенный — рождающий холод). [c.94] мы попали в холодный, мертвый мир, где все химические (и биохимические) реакции, характерные для повседневной жизни, полностью прекращаются. Атомы молекул в различных веществах все еще совершают колебания, однако их энергии уже недостаточно, чтобы покинуть своих партнеров. Никакие химические изменения уже невозможны молекулы и состоящие из них вещества навсегда останутся в замороженном состоянии. [c.94] Тенденция к рассеиванию энергии, разумеется, не исчезла — затормозилась только возможность осуществления такого рассеяния. В таком состоянии случаются лишь мелкие, чуть заметные флуктуации энергии, запасенной в химических связях. Так что атомы действительно вмерзают в занимаемые ими положения. Но такой холодный заторможенный мир еще остается во власти обычных физических законов хотя молекулы уже не могут перестраиваться, твердые тела продолжают звучать при ударе по ним. мия полностью потеряла свою силу, однако для физики поведение кристаллической решетки в качественном отношении не отличается от такого в нашем нормальном мире — мире тепловой турбулентности . [c.94] Вернуться к основной статье