Matalan lämpötilan fysiikka
Matalien lämpötilojen fysiikka on osa fysiikan joka käsittelee toimintaa kylmässä asia koskee. Tarkasteltava lämpötila-alue on lähellä absoluuttista nollaa lämpötila-asteikolla eli lähellä 0 Kelviniä (−273,15 celsiusastetta ). Ei ole tarkkaan määriteltyä lämpötilaa, josta puhutaan matalan lämpötilan fysiikasta. Kokeisiin liittyy kuitenkin enimmäkseen kryogeenisten nesteiden kuten nestemäisen typen (kiehumispiste: 77,4 K ) tai nestemäisen heliumin (kiehumispiste: 4,21 K) käyttöä. Alle 1 K: n puhutaan usein erittäin matalista lämpötiloista .
tarina
Perinteiset löydöt liittyivät usein yhä alhaisempien lämpötilojen (esim. Suprajohtavuus ) saavuttamiseen. Heike Kamerlingh Onnesia pidetään nykyaikaisen matalan lämpötilan fysiikan perustajana , joka onnistui ensin nesteyttämään heliumia Leidenissä vuonna 1908 . Vuonna 2017 sveitsiläiset fyysikot onnistuivat jäähdyttämään sirun alle 3 mK: iin seitsemän tunnin aikana.
Menetelmät matalien lämpötilojen saavuttamiseksi
- Jäähdytyspiiri Carl von Linden mukaan , katso vastavirtaperiaate (prosessisuunnittelu)
- Kaasun nesteytys Carl von Linden mukaan, katso Joule-Thomsonin vaikutus
- Kaasupiirin jäähdytys
-
Haihdutusjäähdytyslämpötila-
alue: muutama 100 millikelvini. - Jäähdytys Pomeranchuk- efektin avulla
Lämpötila-alue: muutama millikelviini. -
3 He- 4 He
-erotusjäähdytys Lämpötila-alue: muutama millikelvini. -
Magneettinen jäähdytys
Lämpötila-alue: muutamasta millikelvinistä muutamaan mikrokelviniin (μK). - Laserjäähdytys , Sisyphus-jäähdytys
- Haihdutusjäähdytys
Prosessit alhaisissa lämpötiloissa
-
Suprajohtavuus
Monet aineet menettävät sähkövastuksensa matalissa lämpötiloissa. -
Ylivirtaus
3 Hän ja 4 Hän voivat virrata kitkattomasti riittävän alhaisissa lämpötiloissa. - Bose-Einstein-kondensaatio
Matalien lämpötilojen mittaus
Toistaiseksi ei tunneta menetelmää, jolla lämpötilan termodynaaminen arvo voidaan mitata suoraan. Tämän vuoksi höyrynpaine nesteytettyjen kaasujen (He, H 2 , N 2, jne.) Käytetään pääasiassa määrittämään alhaisissa lämpötiloissa . Tämä tapahtuu tällä hetkellä voimassa olevan ITS-90- lämpötila- asteikon kanssa , joka kattaa alueen 0,65-1350 K. Vielä alhaisemmissa lämpötiloissa on alustava PLTS-2000-asteikko, joka laskee 0,9 mK: iin, Néelin lämpötila kiinteässä 3 He: ssä. Lämpötilan mittaamiseen voidaan käyttää erilaisia ensisijaisia lämpömittareita tai toissijaisia lämpömittareita mittausalueen ja kokeellisten mahdollisuuksien mukaan .
kirjallisuus
- Christian Enss, Siegfried Hunklinger : Fysiikka matalalämpötilassa. Springer, Berliini, Heidelberg 2000, ISBN 3540676740
- Guy K. White, Philip J. Meeson: Kokeelliset tekniikat matalan lämpötilan fysiikassa . Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1
- Kurt Mendelssohn: Pyrkimys absoluuttiseen nollaan - matalan lämpötilan fysiikan merkitys. Taylor & Francis, Lontoo 1977, ISBN 0-85066-119-6
- Yasu Takano: Matalan lämpötilan fysiikka. AIP Press, Melville 2006, ISBN 0-7354-0347-3
- Jack W.Ekin: Kokeelliset tekniikat matalan lämpötilan mittauksiin. Oxford Univ. Pr., Oxford 2007, ISBN 978-0-19-857054-7
- Christian Enss: kryogeenisten hiukkasten havaitseminen. Springer, Berliini 2005, ISBN 3-540-20113-0
- Henk TC Stoof et ai.: Erittäin kylmät kvanttikentät. Springer, Dordrecht 2009, ISBN 978-1-4020-8762-2
Katso myös
- Ydinmagneettinen resonanssi
- SQUID- lämpömittari
- Melulämpömittari
- Walther Meißnerin alhaisen lämpötilan tutkimuksen instituutti
Yksittäiset todisteet
- ↑ Sveitsiläiset tutkijat voittivat kylmätilanteen Chipin kanssa. Julkaisussa: science.orf.at. 20. joulukuuta 2017, luettu 1. marraskuuta 2018 .