Moj electro-cool blog

P rosta definicija toplotne provodljivosti       Toplotna provodljivost Toplotna provodljivost je u fizici skalarna veličina (k) koja opisuje sposobnost substance da provodi toplotu. Što je toplotna provodljivost veća, to se veća količina toplote može preneti kroz isti poprečni presek, u istom vremenu. Pojavljuje se prvenstveno u Fourierovom zakonu kondukcije (1822. godina, Theorie Analytique de la chaleur - Analitička teorija toplote). Na osnovu Videman Francovog zakona, dobri električni provodnici su i dobri toplotni provodnici. Za metale specifična električna provodljivost je uporediva sa toplotnom provodljivosću, zbog toga što su slobodni elektroni koji se nalaze u velikom broju u nekim metalima zaslužni kako za električni, tako i za toplotni transport. Da bi se razumele varijacije toplotne provodljivosti na niskim temperaturama, mora se obratiti pažnja na različite mehanizme transporta energije kroz materijal. Postoje tri bazična mehanizma odgovorna za prenos toplote kroz materija

Teme koje su otvorene: 1.    Internacionalni sistem jedinica 2.    Istorija i koncept Kriogenike   3.    Upotreba kriogenike u aeronautici i raketnoj nauci   4.      Upotreba kriogenike u oblasti superprovodljivosti   5.    Upotreba kriogenike u zdravlju   6.    Opasnosti u kriogenici 7.      Džul-Tomsonov efekat 8.      Izentropska ekspanzija 9.      Kaskadni procesi 10.    Toplotna provodljivost 11.    Termodinamika-principi   12.   Hlađenje i likvifikacija-principi   13.  Pritisak-entalpija dijagram 14.   Osobine Helijuma 15.    Primena helijuma 16.    Likvifikacija Helijuma 17.  Separacija helijuma   18.   Osobine Azota 19.  Osobine Vodonika 20.    Orto-paravodonik konverzija 21.  Dewarova posuda

Spektralne linije vodonika Vodonik-osobine  Vodonik (H, Hydrogenium-stvaralac vode) prvi je i najlakši hemijski element (toliko lagan da ga ne drži Zemljina gravitacija, tako da vodonikovog gasa u atmosferi skoro da i nema). Pri standardnim uslovima pritiska i temperature vodonik je dvoatomski gas bez boje, mirisa i ukusa. Nije otrovan, i znatno je lakši od vazduha. Većina vodonikovih atoma nema neutron. Na sobnoj temperaturi nije posebno reaktivan, dok pri višim temperaturama ulazi u reakcije. Prirodni vodonik se sastoji od običnog vodonika (protijum >99,98%), dok ostatak čini teški vodonik (deuterijum, skoro >0,02%) sa tragovima super teškog vodonika (tricijuma).Najčešći izotop vodonika je protij, koji ima 1 proton, 0 neutrona i 1 elektron. Ovo čini vodonik jedinim elementom koji može imati atome bez ikakvih neutrona. Deuterijum ima 1 proton, 1 neutron i 1 elektron. Iako je ovaj izotop teži od protijuma, deuterijum nije radioaktivan. Međutim, tricijum emituje zračenje. Tricijum

Heike Kamerlingh Orines (desno) i Gerrit Flim, njegov glavni tehničar, pored likvifajera helijuma u laboratoriji Kamerlingh Onnes u Leidenu, oko 1911. Meissner Effect (efekat)   Kablovi za akcelerator CERN, obe varijante su za struje od 12500A, gornji na slici je klasican provodnik, dole na slici, je superprovodnik Superprovodljivost - Osnove Superprovodnost ili superprovodljivost se definiše potpunim nestajanjem električne otpornosti i potpunim odsustvom magnetnog polja u unutrašnjosti tog materijala (Majsnerov efekat). Za superprovodnike se kaže da su idealni provodnici i idealni dijamagnetici. Kao i feromagnetizam, atomske spektralne linije, superprovodljivost se jedino može objasniti kvantnom mehanikom. Superprovodljivost je otkrivena 1911. godine od strane Kamerlinga Onnes, prilikom pokušaja da se likvificira helijum. Primetio je da žice napravljene od olova, kalaja i žive gube sav otpor ispod određenih temperatura. Na žalost, prvi superprovodnici su bili razočaravajući pošto nisu

Tečni azot N2<-196C Spektralne linije azota   Azot-svojstva Zbog svoje rasprostranjenosti i uloge u industriji kao kriogene tečnosti, azot je jedan od najbolje izmerenih fluida u stanjima pare i tečnosti u kriogenim uslovima, regijama blizu kritične tačke. Tečni azot je standardan, jeftin kriogenik koga upotrebljavaju svi. Referentna je tečnost za mnoge primene (kao što je kalibracija merača protoka) zbog toga u upotrebi je jednačina stanja visoke tačnosti objavljene od strane Spana (2000 godina). Prednost tečnog azota kao kriogene supstance je što se isparavanjem vraća u svoje prirodno okruženje vazduh. Postoje dva stabilna izotopa azota 14N i 15N Azot (N, nitrogenium) je nemetal sa atomskim brojem 7. U elementarnom obliku postoji isključivo u obliku dvoatomnih molekula (dinitrogen N2). Sa 78% je jedan od osnovnih sastojaka vazduha (sačinjava 78% atmosfere). Inertan je i bezbojan gas bez ukusa i mirisa. Tačka topljenja mu je 63,14K (-210,01°C) Tačka ključanja mu je 77,35K (-195,8 °

Dr. Goddard raketa1925. Dr. Goddard raketa 1925. Postavljanje hidrogenske bombe na ostrvu Elugelab u Tihom okeanu Primer detonacije Car bombe iznad Pariza Upoređivanje veličine vatrenih kugli Upotreba kriogenike u aeronautici i raketnoj nauci Prva upotreba tečnog kiseonika za raketni pogon počela je sa Goddard.ovim eksperimentima. 16. marta 1926. godine izveden je prvi uspešni let njegove rakete pogonjen benzinom i tečnim kiseonikom. Let rakete nije bio impresivan, dostigla je visinu od samo 12,5 metara, ali je doveo do razvoja raketne nauke, daljim razvojem Goddard je uspeo da dostigne visine od 2,6km i brzine od 885 km/h. U razvoju raketnog programa moramo spomenuti i Konstantin Ciolkovski (Rusija) on je prvi objavio jednačinu koja je po njemu kasnije nazvana Ciolkovski raketna jednačina koja nam govori o kretanju vozila koji prati osnovne principe rakete: vozilo koje može primeniti ubrzanje na sebe koristeći potisak izbacivanjem dela svoje mase velikom brzinom može se tako kretati z

Sistem za odvajanje helijuma Američkog Biroa za rudnike (Mullins 1948)   Separacija helijuma    Helijum se primarno proizvodi separacijom prirodnog gasa bogatog njime.  Koncentracija helijuma u prirodnom gasu varira od 1 do 8 %, koncentracija azota u njemu varira od 12 do 80 %, ostatak čine metan, etan i teži ugljovodonici.  Sistem prikazan na slici je konstruisan od strane U.S. Bureau of Mines i služi za separaciju helijuma iz izvora prirodnog gasa blizu Otis, Kanzas (1948. godine).  Pošto glavni sastojci prirodnog gasa imaju temperaturu ključanja veoma različitu od one koju ima helijum, kolona za rektifikaciju nije potrebna i separacija se može odraditi sistemom kondenzator - isparivač.  Prirodni gas se kompresuje na nekih 4,26MPa (42atm) i prolazi kroz izmenjivač toplote pošto se iz njega izdvoje ugljendioksid, hidrogen sulfid, i vodena para. Većina prirodnog gasa se kondenzuje u izmenjivaču toplote.  Hladan gas se tada širi kroz ventil do 1,82Mpa (18atm) i -145°C, taj fluid se šalj

Šema prikupljanja i reciklaže helijuma kod magnetne rezonance Primena Helijuma  Zahvaljujući unikatno niskoj temperaturi ključanja, tečni helijum je postao nezamenljiv u istraživanju fizike niskih temperatura tokom čitavog dvadesetog veka. Helijum je redak i neobnovljiv prirodni resurs, jednom kada se pusti u atmosferu zauvek napušta Zemlju. Nakon jednog veka korišćenja tečnog helijuma kao glavnog načina za održavanje niskih temperatura (4,2K i nižih) nastala je ozbiljna neravnoteža između ponude i potražnje. Helijum ima specifične primene zahvaljujući njegovim unikatnim svojstvima. Nekoliko primera primene ću spomenuti ovde.  - Kriogenika. Helijum ima unikatno nisku tacku ključanja, jedini je i nezamenljiv za dostizanje i održavanje temperatura blizu 4K ili nižih. Tečni helijum služi kao isključivo rashladno sredstvo za sistem magnetne rezonance (MRI), međunarodni linearni kolajder (ILC) i tako dalje.  Proizvedeni su solenoidi od specijalnih legura koji potopljeni u tečni helijum proi

Opasnost od niske temperature Opasnosti u kriogenici U ovom delu ću razmotriti fizičke, hemijske i fiziološke opasnosti u kriogenici. Ljudi koji su povezani sa opasnošću rada sa kriogenim materijalom su stručnjaci u toj oblasti, tehničari, vozači koji prevoze, studenti, rukovaoci postrojenja, medicinski profesionalci, svi oni koji se koriste tim materijalom svakodnevno u svom radu. U većoj meri te opasnosti proizilaze iz: - Ekstremne hladnoće kriogenih materijala - Zapaljivosti nekih kriogenih materijala (vodonik, LNG) - Pojačane eksplozivnosti ako neki kriogeni materijali dođu u kontakt sa tečnim kiseonikom - Istiskivanja kiseonika prilikom ključanja gasa kriogenih materijala - Visokog pritiska koji se može stvoriti pri ekspanziji zapremine kriogene materije pri sobnim temperaturama. Dodatni izazov proizilazi iz ponašanja materijala na kriogenim temperaturama. Mnogi materijali nisu pogodni za primenu u kriogenici, mogu da popuste u radu i tako predstavljaju opasnost. Da se ne

Kriogena laboratorija u Leidenu, 1895. Šematski dijagram likvifajera helijuma koji je koristio Kamerlingh Onnes.   Likvifakcija Helijuma Svet je bio spreman za likvifakciju helijuma na početku dvadesetog veka. Značaj likvifakcije Helijuma dovodi do mogućnosti postizanja sve nižih temperatura. Heike Kamerlingh Onnes-u sa Leiden Univerziteta u Holandiji, je pošlo prvom od ruke da to izvede, svojim drugačijim pristupom pobedio je Dewar -a, koji je bio pobednik u likvifakciji vodonika 1898. godine. I ako je Onnes smatran velikim eksperimentalistom, uvek je obraćao pažnju na teoriju, svoja istraživanja je bazirao na teoretskoj analizi. Kao van der Waals's -ov student, Onnes odaje van der Waals's -ovoj teoriji ( van der Waals's -ova teorija pokazuje da sve tečnosti i gasovi (fluidi) kada se uporede na istoj sniženoj temperaturi i smanjenom pritisku, imaju približno isti faktor kompresije i da svi odstupaju od idealnog ponašanja gasa do približno istog stepena, inače van der Waals

F azni dijagram 4He Helijuma Spektralne linije helijuma Termomehanički efekat Mehanokalorični efekat Helium film   Helium film Helijum - svojstva Proboj u likvifakciji helijuma se dogodio početkom dvadesetog veka, koga obično nazivamo "vekom fizike". Helijum (4He) pripada familiji inertnih plemenitih gasova, pošto inertni gasovi nestupaju u hemijske reakcije sa ostalim elementima i najlakši je među njima. Drugi članovi te familije su: neon, argon, kripton, i radon. Helijum ima najnižu tačku ključanja među njima, i zadnji je doveden u tečno stanje. Nakon vodonika drugi je najzastupljeniji gas u vidljivom svemiru. Kada govorim o Helijumu u tekstu koji pišem govorim o izotopu Helijuma 4He. I ako je stabilniji izotop 3He, vazan za radioizotop detektore i istraživanje fusije, ovaj izotop je redak, tako da je istraživanje osnovnih termodinamičkih karakteristika odrađeno ali zbog manjka eksperimentalnih podataka nije publikovano. Prvi put je otkriven u atmosferi Sunca 1868. godine,