Физика низких температур
Физика низких температур — раздел физики, занимающийся изучением физических свойств систем, находящихся при низких температурах. В частности, этот раздел рассматривает такие явления, как сверхпроводимость и сверхтекучесть. Физика низких температур изучает физические процессы, протекающие при очень низких температурах, вплоть до абсолютного нуля, занимается изучением свойств материалов при этих низких и сверхнизких температурах, и таким образом связана со многими областями науки и техники[1].
Для получения и поддержания низких температур обычно используют сжиженные газы. В сосуде Дьюара, содержащем сжиженный газ, испаряющийся под атмосферным давлением, достаточно хорошо поддерживается постоянная температура нормального кипения хладоагента. Наиболее часто используемые хладагенты — жидкий азот и жидкий гелий. Ранее использовавшиеся сжиженные водород и кислород сейчас используются достаточно редко из-за повышенной взрывоопасности испарений. Азот же и гелий практически инертны и опасность представляет только резкое расширение при переходе из жидкого в газообразное состояние.
Снижая давление над свободной поверхностью жидкости можно получить температуру ниже нормальной точки кипения этой жидкости. Например, откачкой паров азота можно добиться температуры до температуры тройной точки 63 K, откачкой паров водорода (над твёрдой фазой) можно добиться температуры 10 K, откачкой паров гелия можно добиться (при очень хороших условиях проведения эксперимента) температуры около 0,7 K.
При протекании через сужение проходного канала трубопровода — дроссель, либо через пористую перегородку происходит понижение давления газа или пара вместе с понижением его температуры. Эффект дросселирования используется главным образом для глубокого охлаждения и сжижения газов.
Изменение температуры при малом изменении давления в результате процесса Джоуля-Томсона определяется производной , называемой коэффициентом Джоуля-Томсона.
Можно охлаждать газ, используя детандер — устройство для дополнительного охлаждения газа путём его выпуска под давлением в цилиндр с поршнем, который перемещается с усилием. При этом газ совершает работу и охлаждается. Используется в цикле получения жидкого гелия.