co je to Kryogenika?
Kryogenika je výroba a chování materiálů při velmi nízkých teplotách. Ultra-studené teploty mění chemické vlastnosti materiálů, které poskytují zajímavou oblast studia pro vědce, kteří chtějí zkoumat materiály při přechodu z plynu na kapalinu do pevného stavu. Tyto studie vedly k pokroku nejen v našem chápání různých materiálů, ale vytvoření zcela nových technologií a průmyslových odvětví.,
teplota jakéhokoli materiálu je měřítkem energie, kterou obsahuje. Rychle se pohybující molekuly mají vyšší teplotu než pomalejší pohyblivé molekuly.
například, když se voda přemění z kapalného do pevného na 32° F (0° C), kryogenní teploty se pohybují mnohem nižší; od -150°C -273° C. teplota -273° C je absolutně nejnižší, které může být dosaženo. Při této teplotě se zastaví působení všech molekul, což způsobuje, že molekuly jsou v nejnižším možném stavu energie.
kapalné plyny při nebo pod -150° C mohou být použity k zmrazení jiných materiálů., Jakmile plyn začne zkapalňovat, životní prostředí je považováno za kryogenní. Nejčastějšími plyny, které jsou přeměněny na kapalinu pro kryogeniku, jsou kyslík, dusík, vodík a helium.
historie Kryogeniky
slovo kryogenika pochází z řeckého slova „kyros“, což znamená chlad. To v kombinaci se zkráceným anglickým slovem „generovat“ dělá slovo, které známe jako kryogenika.
teploty, které jsou velmi chladné, se neměří ve stupních Fahrenheita nebo Celsia, ale v Kelvinech. Kelviny používají symbol jednotky k., Je pojmenován podle Barona Kelvina, který věřil, že při velmi nízkých teplotách byla zapotřebí nová stupnice, která nebyla měřena změnou materiálního stavu vody jako Fahrenheit nebo Celsius. Nulové stupně Kelvin (0 K) je teoreticky nejchladnější možná teplota.
v roce 1877 Rasul Pictet a Louis Cailletet zkapalněný kyslík poprvé, a to jak za použití různých metod pro tento proces. Nakonec byla objevena třetí metoda zkapalňování kyslíku a v tomto okamžiku v historii byl kyslík schopen zkapalnit na 90 k. brzy poté byl kapalný dusík dosažen na 77 k., Vědci po celém světě začali soutěžit o snížení teploty hmoty na absolutní nulu.
další průlom přišel v roce 1898, kdy James DeWar zkapalněný vodík při 20 K. Tato představila nový problém výzkumníků, jako 20 K je také na bodu varu. To však představovalo další problém, jak zacházet a skladovat plyny při takových teplotách. Proto vzniká DeWar baňky, které se dnes používají k ukládání plynů.
poslední významný pokrok v kryogenické průmysl přišel v roce 1908, kdy fyzik Heike Kamerling Onnes zkapalněné Helium při 4.2 K a 3.2 K., Pokroky v kryogenika následující tento vývoj byly mnohem menší, protože je termodynamický zákon, který vám může přiblížit k absolutní nule, ale nikdy skutečně dosáhnout. Technologie pokročila mnohem víc, protože to poslední velký objev, a nyní můžeme zmrazit materiálů ve velmi malé vzdálenosti od absolutní nuly, přesto vědci stále ještě nebyli schopni zlomit termodynamický zákon, kde každá částice má nulovou spotřebou energie.
k čemu se Kryogenika používá?
Kryogenika se používá v různých aplikacích., To může být použit k výrobě kryogenní pole pro rakety, v MRI stroje, které používají kapalné helium a vyžadují kryogenní chlazení, ukládání velkého množství potravin, speciální efekty, mlha, recyklace, zmrazení vzorků krve a tkání, a dokonce i chlazení supravodičů.
aplikace a použití:
kryochirurgie. Typ operace, která používá kryogenní teploty k odstranění nežádoucích tkání nebo nádorů. Historicky se kryochirurgie používá k léčbě různých onemocnění, nejčastěji benigních a maligních kožních stavů., Tento typ operace je účinný, protože funguje pomocí teplot mrazu na buňkách, které je třeba odstranit z těla. Na buňkách se začínají tvořit ledové krystaly a nakonec je roztrhají.
Kryoelektronika. Ultra-zmrazené teploty, které kryogenní tekutiny mohou poskytnout, nabízejí schopnost elektronů v materiálech volně se pohybovat s malým odporem. To je velkým přínosem pro supravodiče a design kosmických lodí. Například kyslík a vodík při skladování jako kryogenní tekutiny jsou vysoce výhodnými zdroji, které lze použít k napájení kosmických raket.,
Kryobiologie. Studium účinků nízkých teplot na organismy. Existuje šest hlavních oblastí kryobiologii:
- studium zima-adaptace mikroorganismů, rostlin, živočichů a obratlovců
- Kryokonzervace buněk, tkání a embryí použity v invitro oplodnění
- Zachování orgánů
- Lyofilizace, freeze-sušení léčiv
- Kryochirurgie spadá do této kategorie,
- Podchlazení aplikovaných na biologické systémy
Konzervace Potravin., Pro zachování balených potravin, jako jsou produkty, mohou být potravinové předměty postříkány kapalným dusíkem, aby absorbovaly teplo uvnitř produktu. Nakonec se dusík odpaří před konzumací jídla. Při této aplikaci kryogeniky mohou být potraviny uchovávány déle bez chemického ohrožení lidské spotřeby.
Přeprava plynů. Kryogenika se také používá k přepravě plynů, které nejsou obvykle kryogenní. Například pomocí kryotechnologie mohou být plyny přeměněny na kapaliny, aby se usnadnily přepravy z jednoho místa na druhé., Vezměte zemní plyn (LNG), což je kombinace ethanu, metanu a dalších plynů. Když se tyto plyny zkapalní, zabírají mnohem méně místa, než kdyby zůstaly plynné. Proto se náklady na dopravu snižují a proces se stává mnohem jednodušším.
kryoterapie. To je, když je tělo vystaveno extrémně nízkým teplotám. Nejběžnějším používáním této aplikace je nový trend kryospas. V těchto oblastech mohou lidé několik minut stát v kryosauně naplněné kryogenními tekutinami., Studie prokázaly, že tato léčba propaguje mnoho výhod pro tělo, jako je snížení zánětu, zvýšení energie, zvládání bolesti, a dokonce i může zvýšit metabolismus, mimo jiné nároky. Výzkum kryoterapie je stále velmi nový a přínosy nebyly plně prozkoumány nebo pochopeny.
Kryonika. Kryokonzervace zvířat a lidí s nadějí, že jednoho dne budou moci být v budoucnu resuscitováni. Nicméně mnoho, ne-li většina, vědci jsou pochybné tvrzení.
co bude dál s Kryogenikou?,
jak se technologie rychle vyvíjí, oblasti kryogeniky se budou i nadále rozvíjet a nakonec expandovat do více aplikací. I když nemůžeme předvídat, jaký vývoj přijde dál, víme, že bezpečnost kolem kryogenních tekutin je nutností, bez ohledu na to, kterým směrem bude výzkum postupovat. Je důležité, aby všechny aplikace manipulace, studium a použití kryogenní kapaliny, používat správné bezpečnostní opatření a zemního plynu úroveň monitory a jsou schopny zajistit přesné sledování koncentrace plynu.
Další informace o kryogenní bezpečnosti naleznete zde.
https://www.healthline.com/health/cryotherapy-benefits#benefits