а досягти двома методами.
Перший метод - дроселювання, тобто розширення стисненого газу у вентилі. При такому розширенні молекули газу долають силу взаємного тяжіння, їх тепловий рух сповільнюється, і газ охолоджується. Цей метод застосовується в найпростіших установках для зрідження газів. Газ стискають компресором, охолоджують в теплообміннику і розширюють в дросельному вентилі. При такому розширенні частину газу ожіжающего.
У кожного газу є певна температурна точка - інверсійна температура. При дроселюванні газу, що знаходиться вище інверсійної температури, він вже не охолоджується, а нагрівається. Тому застосовувати метод дроселювання можна тільки попередньо охолодивши газ нижче його інверсійної температури. Для більшості газів інверсійна температура вище кімнатної, але у водню вона дорівнює 193 К (- 80 ° С), а у гелію навіть 33 К (- 240 ° С).
При іншому способі отримання холоду стиснений газ змушують не тільки розширюватися, але і здійснювати механічну роботу в циліндрі з поршнем або в турбіні. Молекули газу, б'ючись об поршень або про лопатки турбіни, передають їм свою енергію; швидкість молекул сильно знижується, і газ інтенсивно охолоджується. Розширювальні машини, застосовувані при цьому способі, називаються детандера. Вони можуть бути поршневого або турбінного типу. На малюнку 2 показано, як влаштований апарат для зрідження гелію з поршневим детандером. У апарат з компресора поступає гелій, стиснене при кімнатній температурі тиском близько 20 атмосфер. Стиснутий гелій попередньо охолоджується в теплообміннику і у ванні з рідким азотом. Велика частина стисненого гелію розширюється в поршневому детандере, а гелій, що залишився стисненим, охолоджується холодним газом до 11-12 До і після теплообмінника розширюється в дросельному вентилі. При цьому частина газу перетворюється в рідину і накопичується у збірнику.
Гелій, що залишився в газоподібному стані, подається в теплообмінник для охолодження наступних порцій газу, нагрівається до кімнатної температури і знову стискається компресором. При цьому сжижается приблизно 10% подається в апарат гелію. Для теплоізоляції від навколишнього середовища, всі холодні вузли апарату поміщені в герметичний кожух - своєрідний термос, у якому підтримується високий вакуум.
Рідкий гелій є безбарвною легку рідину, щільність якої в 8 разів менше, ніж у води. Він кипить під атмосферним тиском при температурі близько 4 К. Рідкий гелій використовується зазвичай для охолодження досліджуваних речовин до температури, близької до абсолютного нуля. Водень, азот та інші гази зріджують приблизно тими ж методами, але відповідно при більш високій температурі.
Дослідження низьких температур призвело до відкриття двох дивовижних явищ & #151; надпровідності і надтекучості. Обидва ці явища дуже відрізняються від властивостей, якими володіють речовини при звичайних температурах і можуть бути пояснені тільки за допомогою квантової механіки.
Отримання наднизьких температур
При низьких температурах припиняється майже всякий рух атомів - поступальний, обертальний. Однак навіть при температурах, менших 1 К, спини атомів продовжують вести себе як атоми ідеального газу - вони обмінюються енергією (хоча і слабо), і їх положення в просторі може змінюватися майже вільно. У таких ел...
