液氮是低溫流體的一個很好的例子
低溫被定義為對材料及其在極低溫度下的行為的科學(xué)研究。這個詞來自希臘的cryo(意為“冷”)和genic(意為基因),意為“生產(chǎn)”。該術(shù)語通常在物理,材料科學(xué)和醫(yī)學(xué)的背景下遇到。研究低溫的科學(xué)家稱為低溫學(xué)家。低溫材料可以稱為冷凍劑。盡管可以使用任何溫度標度報告冷溫度,但是開爾文和蘭金標度是常見的,因為它們是具有正數(shù)的標度。
必須將一種物質(zhì)究竟有多冷才被認為是“低溫的”,這是科學(xué)界爭論的問題。美國國家標準技術(shù)研究院(NIST)認為低溫包括低于-180°C(93.15 K; -292.00°F)的溫度,高于該溫度時,普通制冷劑(例如,硫化氫,氟利昂)為氣體,在此之下,“氣體”(例如,空氣,氮氣,氧氣,氖氣,氫氣,氦氣)為液體。還有研究的所謂“高溫低溫”的字段,其涉及的溫度的沸點以上液氮在常溫壓力(-195.79℃(77.36 K i)-320.42°F,至多-50℃(223.15 K; -58.00°F)。
測量冷凍劑的溫度需要特殊的傳感器。電阻溫度檢測器(RTD)用于進行低至30 K的溫度測量。低于30 K時,通常使用硅二極管。低溫粒子檢測器是工作在零值以上幾度的傳感器,用于檢測光子和基本粒子。
低溫液體通常存儲在稱為杜瓦瓶的設(shè)備中。這些是雙壁容器,其壁之間具有真空以進行絕緣。打算與極冷的液體(例如液氦)一起使用的杜瓦瓶有一個額外的裝有液氮的絕緣容器。杜瓦瓶的發(fā)明者是詹姆斯·杜瓦(James Dewar)。燒瓶允許氣體逸出容器,以防止壓力積聚而導(dǎo)致爆炸。
低溫技術(shù)有多種應(yīng)用。它用于生產(chǎn)火箭用的低溫燃料,包括液態(tài)氫和液態(tài)氧(LOX)。核磁共振(NMR)所需的強電磁場通常是由帶有制冷劑的過冷電磁體產(chǎn)生的。磁共振成像(MRI)是使用液氦的NMR的一種應(yīng)用。紅外攝像機經(jīng)常需要低溫冷卻。食品的低溫冷凍用于運輸或存儲大量食品。液氮用于產(chǎn)生霧氣以產(chǎn)生特殊效果甚至特色雞尾酒和食物。使用冷凍劑冷凍材料會使它們變脆,足以破碎成小塊以便回收。低溫用于存儲組織和血液樣本并保存實驗樣本。超導(dǎo)體的低溫冷卻可用于增加大城市的電力傳輸。低溫處理被用作某些合金處理的一部分,以促進低溫化學(xué)反應(yīng)(例如,制備他汀類藥物)。
低溫研磨用于研磨太軟或有彈性而無法在常溫下研磨的材料。分子的冷卻(低至數(shù)百個納米開爾文)可用于形成奇特的物質(zhì)狀態(tài)。冷原子實驗室(CAL)是一種設(shè)計用于微重力形成Bose Einstein冷凝物(約1皮開爾文溫度)的儀器,用于測試量子力學(xué)和其他物理原理。
低溫技術(shù)是一個涉及多個學(xué)科的廣闊領(lǐng)域,包括:
人體冷凍術(shù)-人體冷凍術(shù)是對動物和人類的冷凍保存,目的是在未來使它們恢復(fù)。
冷凍-這是外科手術(shù),其中低溫是用于殺死不必要的或惡性的組織,如癌細胞或摩爾的一個分支。
低溫電子設(shè)備-這是對低溫下的超導(dǎo)性,變程跳變和其他電子現(xiàn)象的研究。冷凍電子學(xué)的實際應(yīng)用稱為冷凍電子學(xué)。
低溫生物學(xué)-這是研究低溫對生物的影響的研究,包括使用冷凍保存法保護生物,組織和遺傳物質(zhì)。美國MVE液氮罐XC47/11-10就是一款醫(yī)院用來保存凍精的液氮罐。
盡管低溫通常涉及的溫度低于液氮的冰點,但仍高于零的溫度,但研究人員已達到低于零的溫度(所謂的負開氏溫度)。2013年,德國慕尼黑大學(xué)的Ulrich Schneider將氣體冷卻到零以下,據(jù)說這使它變得更熱而不是更冷!
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