Fizică la temperaturi scăzute

Fizica de temperatură joasă este o ramură a fizicii care se ocupă cu operațiuni în frig materie este în cauză. Gama de temperatură luată în considerare este aproape de zero absolut pe scara de temperatură, adică aproape de 0  Kelvin (-273,15 grade Celsius ). Nu există o temperatură definită cu precizie din care să se vorbească despre fizica la temperaturi scăzute. Cu toate acestea, experimentele sunt în mare parte asociate cu utilizarea lichidelor criogenice, cum ar fi azotul lichid (punctul de fierbere: 77,4  K ) sau heliul lichid (punctul de fierbere: 4,21 K). Sub 1 K se vorbește adesea despre temperaturi ultra scăzute .

poveste

Descoperirile fundamentale au fost adesea asociate cu atingerea temperaturilor tot mai scăzute (de exemplu, cea a supraconductivității ). Heike Kamerlingh Onnes este considerat fondatorul fizicii moderne la temperaturi scăzute , care a reușit pentru prima dată lichefierea heliului în Leiden în 1908 . În 2017, fizicienii elvețieni au reușit să răcească un cip la mai puțin de 3 mK pe o perioadă de șapte ore.

Metode pentru atingerea temperaturilor scăzute

• Circuit de răcire conform lui Carl von Linde , vezi principiul contracurentului (inginerie de proces)
• Lichefierea gazelor conform lui Carl von Linde, vezi efectul Joule-Thomson
• Răcirea circuitului de gaz
• 
  Intervalul de temperatură de răcire prin evaporare : mai mulți 100 milikelvin.
• Răcire cu ajutorul efectului Pomeranchuk.Gama de
  temperatură: câțiva milikelvin.
• ³ He- ⁴ He segregare răcire
  Domeniu de temperatură: câțiva milikelvin.
• Răcire magnetică
  Interval de temperatură: câțiva milikelvin până la câțiva microkelvini (μK).
• Răcire cu laser , răcire cu Sisif
• Răcire prin evaporare

Procese la temperaturi scăzute

• Superconductivitate
  Multe substanțe își pierd rezistența electrică la temperaturi scăzute.
• Superfluiditatea
  ³ He și ⁴ He pot curge fără frecare la temperaturi suficient de scăzute.
• Condensarea Bose-Einstein

Măsurarea temperaturilor scăzute

Până în prezent nu se cunoaște nicio metodă cu care valoarea termodinamică a temperaturii să poată fi măsurată direct. Din acest motiv, presiunea de vapori a gazelor lichefiate (He, H ₂ , N ₂ etc.) este utilizată în primul rând pentru determinarea temperaturilor scăzute . Acest lucru se întâmplă cu scara de temperatură valabilă în prezent ITS-90 , care acoperă intervalul de la 0,65 la 1350 K. Pentru temperaturi și mai scăzute există scara provizorie PLTS-2000, care coboară la 0,9 mK, temperatura Néel în solid ³ He. Pentru a măsura temperatura , pot fi folosiți termometri primari sau termometri secundari , în funcție de domeniul de măsurare și posibilitățile experimentale .

literatură

• Christian Enss, Siegfried Hunklinger : Fizică la temperaturi scăzute. Springer, Berlin, Heidelberg 2000, ISBN 3540676740
• Guy K. White, Philip J. Meeson: Tehnici experimentale în fizica la temperaturi scăzute . Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1
• Kurt Mendelssohn: Căutarea zero absolut - sensul fizicii la temperaturi scăzute. Taylor & Francis, Londra 1977, ISBN 0-85066-119-6
• Yasu Takano: Fizică la temperaturi scăzute. AIP Press, Melville 2006, ISBN 0-7354-0347-3
• Jack W. Ekin: Tehnici experimentale pentru măsurători la temperatură scăzută. Oxford Univ. Pr., Oxford 2007, ISBN 978-0-19-857054-7
• Christian Enss: detectarea particulelor criogenice. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20113-0
• Henk TC Stoof și colab.: Câmpuri cuantice ultracold . Springer, Dordrecht 2009, ISBN 978-1-4020-8762-2

Vezi si

• Rezonanță magnetică nucleară
• Termometrie SQUID
• Termometru de zgomot
• Institutul Walther Meißner pentru cercetare la temperaturi scăzute

Dovezi individuale

1. ↑ Cercetătorii elvețieni bat recordul rece cu Chip. În: science.orf.at. 20 decembrie 2017, accesat la 1 noiembrie 2018 .