Alacsony hőmérsékletű fizika

Az alacsony hőmérsékletű fizika egyik ága a fizika , hogy foglalkozik műveletek hideg ügyben érintett. A figyelembe vett hőmérsékleti tartomány a hőmérsékleti skálán közel áll az abszolút nullához , azaz közel 0  Kelvin (−273,15 Celsius fok ). Nincs pontosan meghatározott hőmérséklet, ahonnan az alacsony hőmérsékletű fizikáról lehetne beszélni. A kísérletek azonban többnyire kriogén folyadékok , például folyékony nitrogén (forráspont: 77,4  K ) vagy folyékony hélium (forráspont: 4,21 K) alkalmazásával társulnak . 1 K alatt az ember gyakran beszél az alacsony hőmérsékletekről .

sztori

Alapvető felfedezéseket gyakran társítottak egyre alacsonyabb hőmérsékletek elérésével (pl. A szupravezetésé ). Heike Kamerlingh Onnes- t a modern, alacsony hőmérsékletű fizika megalapítójának tartják , akinek először 1908-ban sikerült Leidenben héliumot cseppfolyósítania. 2017-ben a svájci fizikusoknak hét óra alatt sikerült egy chipet 3 mK alá csökkenteniük.

Módszerek alacsony hőmérséklet elérésére

• Hűtőkör Carl von Linde szerint , lásd az ellenáram elvét (folyamattervezés)
• A gáz cseppfolyósítása Carl von Linde szerint, lásd Joule-Thomson-effektust
• Gázkör hűtése
• Párolgási hűtési
  hőmérséklet-tartomány: néhány 100 millikelvin.
• Hűtés a Pomeranchuk-effektus segítségével
  Hőmérsékleti tartomány: néhány millikelvin.
• ³ He- ⁴ He szegregációs hűtés
  Hőmérséklet-tartomány: néhány millikelvin.
• Mágneses hűtés
  Hőmérséklet-tartomány: néhány millikelvin és néhány mikrokelvin (μK) között.
• Lézeres hűtés , Sisyphus-hűtés
• Párolgási hűtés

Alacsony hőmérsékleten folyik

• Szupravezetés
  Sok anyag alacsony hőmérsékleten elveszíti elektromos ellenállását.
• Szuperfolyékonyság
  ³ He és ⁴ He kellően alacsony hőmérsékleten súrlódás nélkül képes áramolni.
• Bose-Einstein kondenzáció

Alacsony hőmérséklet mérése

Eddig nem ismert olyan módszer, amellyel a hőmérséklet termodinamikai értéke közvetlenül mérhető lenne. Ezért a cseppfolyósított gázok (He, H ₂ , N ₂ stb.) Gőznyomását elsősorban alacsony hőmérsékletek meghatározására használják . Ez a jelenleg érvényes ITS-90 hőmérsékleti skálával történik , amely a 0,65 és 1350 K közötti tartományt fedi le. Még alacsonyabb hőmérséklet esetén létezik az ideiglenes PLTS-2000 skála, amely 0,9 mK-ra csökken, a Néel-hőmérséklet szilárd ³ He-ban. A hőmérséklet méréséhez különböző primer hőmérők vagy szekunder hőmérők használhatók, a mérési tartománytól és a kísérleti lehetőségektől függően .

irodalom

• Christian Enss, Siegfried Hunklinger : Alacsony hőmérsékletű fizika. Springer, Berlin, Heidelberg 2000, ISBN 3540676740
• Guy K. White, Philip J. Meeson: Kísérleti technikák az alacsony hőmérsékletű fizikában . Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1
• Kurt Mendelssohn: Az abszolút nulla törekvése - az alacsony hőmérsékletű fizika jelentése. Taylor & Francis, London, 1977, ISBN 0-85066-119-6
• Yasu Takano: Alacsony hőmérsékletű fizika. AIP Press, Melville 2006, ISBN 0-7354-0347-3
• Jack W. Ekin: Kísérleti technikák alacsony hőmérsékletű mérésekhez. Oxford Univ. Pr., Oxford 2007, ISBN 978-0-19-857054-7
• Christian Enss: Kriogén részecskék detektálása. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20113-0
• Henk TC Stoof et al.: Ultracold kvantumterek. Springer, Dordrecht 2009, ISBN 978-1-4020-8762-2

Lásd még

• Nukleáris mágneses rezonancia
• SQUID hőmérés
• Zajhőmérő
• Walther Meißner alacsony hőmérsékletű kutatóintézet

Egyéni bizonyíték

1. ↑ Svájci kutatók megdöntötték a hidegrekordot Chippel. In: science.orf.at. 2017. december 20. , 2018. november 1 .