Криогенни течни свойства при криогенни температури

Свойства на криогенните течности при криогенни температури. Хелий, водород, неон, азот, аргон, кислород

Таблица 1 Точки на кипене на течни хладилни агенти (при нормално налягане)

Таблица 2 За справка - съставът на сухия атмосферен въздух

Всички вещества, използвани като хладилни агенти, са без цвят и мирис, нито в течно, нито в газообразно състояние. Те не са магнитни и не провеждат електричество при нормални условия. Таблица 3 са показани основните характеристики на най-често срещаните хладилни агенти - азот и хелий.

Таблица 3 Физически параметри на течен и газообразен азот и хелий

• Температура Ткр, К
• Налягане rcr, MPa
• Плътност ρcr, kg/m3

• 126.6
• 3.398
• 304

• 5,2014
• 0,228
• 69,0

• Температура Ttr, K
• Налягане htr, kPa

• 63.15
• 12.53

• λ-точка 2.172
• λ-точка 5.073

• Плътност ρ, kg/m3: пара
• течности

• 16.38
• 124,8

• Уд. Топлоемкост на пара Ср, kJ/(kg ° K):
• течности

• Топлина на изпаряване r, kJ/kg
• kJ/l

• 197.6
• 159.6

• Коеф. топлопроводимост λ, mW/(m ° K) пара
• течности

• Плътност ρ, kg/m3
• Уд. топлинен капацитет Ср, kJ/(kg ° К)
• Коеф. топлопроводима λ, mW/(m ° K)
• Обем на наситена пара от 1 литър течност:
• Обем на газ от 1 литър течност:

• 1.252
• 1.041
• 23.96
• 178
• 646

• 0,1785
• 5.275
• 150.1
• 7.62
• 700

• Моларна маса μ, kg/mol
• Газова константа R, J/(kg ° K)
• Адиабатен показател γ = Cp/C

• 28.2
• 296,75
• 1.4

• 4003
• 2079
• 1.66

Нека обърнем внимание на редица важни моменти: - течният хелий е много по-лек от азота (плътностите се различават почти 6,5 пъти); - течният хелий има много ниска специфична топлина на изпаряване r = 20,2 J/g, докато за азот r = 197,6 J/g. Това означава, че изпарението на 1 g азот изисква 9,8 пъти повече топлинна енергия. Като се има предвид голямата разлика между плътността на течния хелий и течния азот, топлините на изпаряване на литър се различават още повече - с 63,3 пъти! В резултат на това една и съща вложена мощност ще доведе до изпаряване на значително различни обеми течен хелий и течен азот. Не е трудно да се уверите, че при входна мощност от 1 W приблизително 1,4 литра течен хелий и 0,02 литра течен азот ще се изпарят за един час; - чрез изпомпване на пари е възможно температурата на течния азот да се понижи до тройната точка Ttr = 63,15K при pcr = 12,53 kPa. При преминаване през тройната точка течният азот ще замръзне - ще премине в твърдо състояние. В този случай е възможно по-нататъшно изпомпване на азотни пари над кристала и, като следствие, намаляване на температурата на системата. Таблица 4 показва стойностите на налягането на наситените азотни пари в широк температурен диапазон. Независимо от това, на практика по правило за получаване на по-ниски температури се използват или течен хелий, или устройства, наречени "криоохладители".

---