Kriogenika 1.pdf

Chłodnictwo i kriogenika

Laboratorium

Kriogenika-własności czynników kriogenicznych

Łukasz Majchrzak

Mateusz Szymczak

Paweł Wojcieszak

Data wykonania ćwiczenia

29.11.2011

Data oddania sprawozdania

06.12.2011

1. Cel ćwiczenia

Celem tego ćwiczenia było zapoznanie się z czynnikami kriogenicznymi

oraz ich właściwościami. Badanym czynnikiem był ciekły azot, który w

warunkach umownych jest bezbarwnym i bezwonnym gazem. Stanowi on

78% powietrza atmosferycznego. Jego temperatura krytyczna wynosi 126 K,

natomiast wrze w temperaturze 77K a jego temperatura krzepnięcia wynosi

63 K.

2. Przebieg ćwiczeń

Rys. 1. Ciekły azot w zamkniętym pojemniku

Pierwszym ćwiczeniem było zachowanie się ciekłego azotu w zamkniętym

niezaizolowanym pojemniku. Zbiornik znajdował się w otoczeniu o

temperaturze dużo wyższej niż temperatura wrzenia azotu, dlatego

następowało intensywne parowanie czynnika. Azot w stanie gazowym

zajmuje 700 razy większą objętość niż w stanie ciekłym, więc nastąpiło

gwałtowne otwarcie pojemnika.

Rys. 2. Efekt Leidenfrosta

Drugim ćwiczeniem była obserwacje efektu Leidenfrosta.

Niewielka ilość ciekłego azotu została wylana na powierzchnię stołu.

Krople przyjęły kształt kulisty i spłynęły ze stołu. Dzieje się tak, ponieważ

między kroplami ciekłego azotu i powierzchnią stołu tworzy się swoista

„poduszka powietrzna”, która nie pozwala na zetknięcie tych dwóch

substancji. Jest to spowodowane znaczną różnicą temperatur.

Rys. 3. Porównanie właściwości izolacji chłodniczej i kriogenicznej w temperaturze

wrzenia ciekłego azotu

Kolejnym ćwiczeniem było porównanie wpływu temperatury

wrzenia azotu na izolację chłodniczą i izolację kriogeniczną. Możliwe było do

zaobserwowania, że izolacja chłodnicza, po obniżeniu jej temperatury

poprzez zanurzenie w ciekłym azocie, stała się krucha i nie nadawała się do

dalszego użytku. Natomiast izolacja kriogeniczna, poddana temu samemu

procesowi, zachowała elastyczność i mogła być wykorzystana

Rys. 4. Badanie wpływu temperatury wrzenia azotu na materiały sprężyste

Następnym ćwiczeniem była obserwacja wpływu temperatury wrzenia

azotu na piłki wykonane ze sprężystych materiałów. Piłkami tymi były: piłka

tenisowa i piłka wykonana z pianki. Po obniżeniu ich temperatur do około

80 K piłki te stały się twarde i nie odbijały się od podłoża.

Rys. 5. Piłeczka pingpongowa nakłuta w dwóch miejscach

W kolejnym ćwiczeniu została wykorzystana piłeczka pingpongowa

nakłuta w dwóch miejscach nie położonych na jej średnicy. Najpierw została

ona zanurzona w ciekłym azocie. Później została wyjęta i położona na stole,

po czym zaczęła się obracać. Spowodowane było to tym, że powietrze

wewnątrz piłeczki zostało wyparte przez ciekły azot. Po wyjęciu piłeczki azot

i schłodzone powietrze ogrzewało się, czego efektem było także zwiększenie

ich objętości. Gazy te wydobywały się z piłeczki przez nakłucia i wprawiały

piłeczkę w ruch obrotowy.

Rys. 6. Efekt Meissnera

Następnym ćwiczeniem była obserwacja efektu Meissnera. Zauważono,

że magnes umieszczony nad materiałem nadprzewodnikowym,

umieszczonym w ciekłym azocie, lewituje. Jest to spowodowane tym, że z

materiału nadprzewodnikowego pod wpływem temperatury wrzenia azotu

zostało wypchnięte pole magnetyczne. Magnes został umieszczony właśnie

w tym polu magnetycznym.

Rys. 7. Wpływ różnych współczynników rozszerzalności cieplnej na różne materiały

przylegające do siebie

Do kolejnego ćwiczenia zostały wykorzystane dwa kawałki papieru, przy

czym do jednego z nich została przylepiona taśma. Następnie oba kawałki

papieru zostały zanurzone w ciekłym azocie. Zauważono, że z samym

kawałkiem papieru nic się nie stało, natomiast kawałek papieru z

przylepioną taśmą zwinął się. Stało się tak, ponieważ papier i taśma mają

różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Materiał o mniejszym

współczynniku rozszerzalności cieplnej powoduje zwijanie się drugiego

materiału.

Rys. 8. Skraplanie składników powietrza

W następnym ćwiczeniu ciekły azot został wlany do zbiornika w kształcie

odwróconego stożka wykonanego z metalu. Na ściance bocznej po

zewnętrznej stronie następowały następujące procesy: krystalizacja wilgoci z

powietrza, skraplanie dwutlenku węgla i tlenu. Następnie pod ten zbiornik

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: