Основные эксперименты низких температур

Схема разбавителя, предложенного Хэмпсоном, представлена ​​на рис. 3. Воздух сжимается компрессором до давления 20 МПа и подается в теплообменник при комнатной температуре. Последний представляет собой герметичный цилиндрический металлический бак с обмоткой внутри (теплоизолированный снаружи). Сжатый воздух проходит через змеевик, заканчивается через дроссельную заслонку и в то же время расширяется. Поскольку температура инверсии кислород-азот намного выше комнатной температуры, газ при расширении охлаждается. Охлажденный газ возвращается в компрессор через мешок теплообменника, где омывает змеевик и охлаждает сжатый воздух, поступающий от компрессора.Благодаря наличию теплообменника обеспечивается регенерация (использование холода, производимого в самом процессе), и, непрерывно циркулируя, газ, истекающий из дросселя, в конце концов охлаждается настолько, что ожижается. В описанной простой машине при начальном давлении на клапане, равном 20 МПа, ожижаетсяок. 8% газа, циркулирующего в установке.Рисунок 3 – Метод ГемпсонаМетод ожижения воздуха, разработанный Линде, отличается от метода Гемпсона лишь конструкцией теплообменника. Теплообменник установки Линде состоял из двух стальных труб диаметром 4 и 10 см и длиной 100 м, вставленных одна в другую и свернутых в спираль. Вся система была теплоизолирована овечьей шерстью. Сжатый воздух проходил сначала по внутренней трубе, а затем шел обратно по кольцевому зазору между трубами.ОЖИЖЕНИЕ ВОДОРОДА И ГЕЛИЯ.Водородный разбавитель Дьюара и гелиевый разбавитель Камерлинга-Оннеса работали по тому же принципу, что и воздушные разбавители Хэмпсона и Линдена. Из-за низкой температуры инверсии необходимо было охлаждать газ высокого давления на входе в теплообменник. Наиболее эффективным для водорода оказалось предварительное охлаждение газа, подаваемого при давлении 15 МПа, кипящим жидким воздухом при пониженном давлении (температура ниже -200°С). В случае гелия максимальный КПД достигался при давлении 3 МПа, а температура предварительного охлаждения составляла -259°С, поддерживаемая кипящим жидким водородом, а также при пониженном давлении. Схема разбавителя Дьюара представлена ​​на рис. 4.Рисунок 4 - Ожижитель ДьюараВлияние низких температур на живой организм и неживую материюТемпература играет важную роль в быту, при изучении природы, при изучении новых явлений. Температура тела человека и высших животных остается относительно стабильной, независимо от колебаний температуры окружающей среды. Эта температурная стабильность называется изотермией и присуща только теплокровным животным, в отличие от хладнокровных, температура тела которых непостоянна и мало отличается от температуры окружающей среды.В условиях целостного организма изменение температуры может прямо и косвенно влиять на скорость химических реакций. Таким образом, снижение температуры тела, как и в любой неживой системе, замедляет реакции. Но в то же время он может активировать механизмы терморегуляции, ускорения реакций.В отличие от реакций в неживых системах большинство биологических процессов имеют температурный оптимум — диапазон температур, при котором реакция протекает с максимальной скоростью. Влияние температуры на скорость биологических процессов часто оценивают с помощью температурного коэффициента Вант-Гоффа. Он показывает, во сколько раз ускоряется процесс при повышении температуры на 10° и зависит от характера протекающих реакций.По фактору среды все организмы по отношению к температуре делятся на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые. Холодолюбивые организмы или криофилы могут выживать при относительно низких температурах и не переносят высоких температур. Так, древесно-кустарниковые породы Якутии не замерзают при -700С, при такой же температуре в Антарктиде живут лишайники, родники, пингвины.Разные виды организмов обладают разной способностью выдерживать очень низкие температуры. Так, некоторые виды растений, произрастающие в районах с холодным климатом, могут выдерживать полное промерзание тканей и понижение температуры окружающей среды до -62 °С (сосна) и ниже. Однако некоторые растения (особенно низшие) и семена иногда не повреждаются даже при температуре, близкой к абсолютному нулю (до -270°С).Поражение растений холодом сопровождается потерей тургора листьев, обесцвечиванием вследствие распада хлорофилла. Основной причиной смерти от низких положительных температур являются нарушения обмена веществ, т.е. в процессе синтеза начинают преобладать процессы распада, накапливаются токсические вещества, нарушается структура цитоплазмы.Понижение температуры изменяет свойства многих тел. Например, мягкая и упругая резина имеет твердость около 200 К и разбивается, как стекло, при ударе молотком. Многие металлы действуют одинаково, например, сталь и свинец. Если сделать звонок из свинца и охладить его до жидкого азота, он издаст мелодичный звонок: свинец будет твердым. Но есть металлы и сплавы, у которых понижение температуры увеличивает прочность, оставляя им достаточную гибкость. Это, например, медь, ее сплавы и алюминий. Из этих металлов изготавливают устройства, которые используются при низких температурах.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящее время большого внимания требует использование технологии криоконсервации генетического материала (животноводство), технологии замедления производства семян и корнеплодов путем низкотемпературной обработки (растениеводство). Созданы хранилища, позволяющие длительное время хранить кровь,, спинной мозг и другие живые биологические ткани.Тесная связь между физическими, химическими и биологическими явлениями показывает, что изучение эффектов криотерапии в какой-либо конкретной области приводит к фундаментальным инновациям, что в свою очередь необходимо для создания технологии будущего.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Карелин П.К. Физика низких температур(Краткий исторический очерк) / ООО «НТК «Криогенная техника» - с. 9-20.2. Физика низких температур / Пер. с англ. под общ. ред. А.И. Шальникова. М., 1959.3. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: учебное пособие для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2005. – 550 с.4. Ягов В.В. Теплообмен в однофазных средах и при фазовых превращениях. Учебное пособие для вузов по направлению «Ядерная энергетика и теплофизика». М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – 542 с