|
Меню сайта
Статистика
|
Гелий превращается в жидкостьГелий превращается в жидкостьДля испарения любой жидкости к ней надо подвести тепло (его называют теплотой испарения). Тепло, необходимое для испарения жидкости, кипящей при низкой температуре, например для жидкого азота, жидкого водорода или жидкого гелия, будет подводиться на низком температурном уровне. Таким образом, тело, от которого будет взято это тепло, охладится до такой низкой температуры. Испаряя жидкий гелий в вакууме, можно получить температуру всего на 0,7° больше абсолютного нуля. Еще более низкую температуру (до 0,3°К) дает сжиженный изотоп гелия Не3. Чтобы охладить какой-либо предмет до нужной температуры, достаточно поместить его в ванну с соответствующим сжиженным газом. Таким образом, основная задача при получении очень низких температур — это сжижение газов. Его можно добиться двумя методами. Первый метод — дросселирование, т. е. расширение сжатого газа в вентиле. При таком расширении молекулы газа преодолевают силу взаимного притяжения, их тепловое движение замедляется и газ охлаждается. Этот метод применяется в простейших установках для ожижения газов. Газ сжимают компрессором, охлаждают в теплообменнике и расширяют в дроссельном вентиле. При таком расширении часть газа сжижается. У каждого газа есть определенная температурная точка — так называемая инверсионная температура. При дросселировании газа, находящегося выше инверсионной температуры, он уже не охлаждается, а нагревается. Для большинства газов инверсионная температура выше комнатной, но у водорода она равна 193°К (-80°Ц), а у гелия даже 33°К (-240°Ц). Поэтому применять метод дросселирования можно, только предварительно охладив газ ниже его инверсионной температуры. При другом способе получения холода сжатый газ заставляют не только расширяться, но и совершать механическую работу в цилиндре с поршнем или в турбине. Молекулы газа, ударяясь о поршень или о лопатки турбины, передают им свою энергию; скорость молекул сильно снижается, и газ интенсивно охлаждается. Расширительные машины, применяемые при этом способе, называются детандерами. Они могут быть поршневого или турбинного типа. На цветной таблице показано, как устроен аппарат для ожижения гелия с поршневым детандером. В аппарат из компрессора поступает гелий, сжатый при комнатной температуре давлением около 20 атм. Сжатый гелий предварительно охлаждается в теплообменнике и в ванне с жидким азотом. Большая часть сжатого гелия расширяется в поршневом детандере, а гелий, оставшийся сжатым, охлаждается холодным газом до 11 — 12°К и после теплообменника расширяется в дроссельном вентиле. При этом часть газа превращается в жидкость и скапливается в сборнике. Гелий, оставшийся в газообразном состоянии, подается в теплообменник для охлаждения следующих порций газа, нагревается до комнатной температуры и вновь сжимается компрессором. При этом сжижается примерно 10% подаваемого в аппарат гелия. Для теплоизоляции от окружающей среды все холодные узлы аппарата помещены в герметичный кожух — своеобразный термос, в котором поддерживается высокий вакуум. Жидкий гелий представляет собой бесцветную легкую жидкость, плотность которой в 8 раз меньше, чем у воды. Он кипит под атмосферным давлением при температуре около 4°К. Жидкий гелий используют обычно для охлаждения исследуемых веществ до температуры, близкой к абсолютному нулю. Водород, азот и другие газы сжижают теми же методами, но соответственно при более высокой температуре.
|
ПОИСК
Block title
|
