تعريف المبردات واستخداماتها

تُعرف البرودة بأنها الدراسة العلمية للمواد وسلوكها عند مستوى منخفض للغاية درجات الحرارة. الكلمة تأتي من اليونانية البرد، وهو ما يعني "البرد" ، و جيني، وهو ما يعني "إنتاج". عادة ما يصادف المصطلح في سياق الفيزياء وعلوم المواد والطب. العلماء الذين يدرسون علم البرودة يدعى أ عالم التبريد. يمكن تسمية المادة المبردة أ المبردة. على الرغم من أنه يمكن الإبلاغ عن درجات الحرارة الباردة باستخدام أي مقياس درجة حرارة ، كلفن ومقاييس رانكين هي الأكثر شيوعًا لأنها هي مقاييس مطلقة التي تحتوي على أرقام موجبة.

إن مدى البرودة التي يجب أن تعتبرها المادة "المبردة" هو بالضبط موضوع جدل من قبل المجتمع العلمي. يعتبر المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) علم البرودة لتشمل درجات حرارة أقل من 80180 درجة مئوية (93.15 كلفن) ؛ −292.00 درجة فهرنهايت) ، وهي درجة حرارة فوقها المبردات الشائعة (مثل كبريتيد الهيدروجين والفريون) الغازات وما دونها "الغازات الدائمة" (مثل الهواء والنيتروجين والأكسجين والنيون والهيدروجين والهليوم) السوائل. هناك أيضًا مجال دراسة يسمى "المبردات المبردة بدرجة حرارة عالية" ، والتي تنطوي على درجات حرارة أعلى من درجة الغليان

يتطلب قياس درجة حرارة المبردات مجسات خاصة. يتم استخدام كاشفات درجة حرارة المقاومة (RTDs) لأخذ قياسات درجة حرارة منخفضة تصل إلى 30 كلفن. غالبًا ما يتم استخدام ثنائيات السيليكون أقل من 30 كلفن. أجهزة الكشف عن الجسيمات المبردة هي أجهزة استشعار تعمل بضع درجات فوق الصفر المطلق وتستخدم للكشف عن الفوتونات والجسيمات الأولية.

عادة ما يتم تخزين السوائل المبردة في أجهزة تسمى قوارير Dewar. هذه حاويات مزدوجة الجدار لديها فراغ بين الجدران للعزل. تحتوي قوارير ديوار المعدة للاستخدام مع السوائل شديدة البرودة (مثل الهيليوم السائل) على حاوية عازلة إضافية مليئة بالنيتروجين السائل. تم تسمية قوارير ديوار لمخترعها ، جيمس ديوار. تسمح القوارير للغاز بالهروب من الحاوية لمنع تراكم الضغط من الغليان الذي قد يؤدي إلى الانفجار.

غالبًا ما تستخدم السوائل التالية في علم التبريد:

هناك العديد من تطبيقات علم البرودة. يتم استخدامه لإنتاج الوقود المبرد للصواريخ ، بما في ذلك الهيدروجين السائل والأكسجين السائل (LOX). عادة ما يتم إنتاج المجالات الكهرومغناطيسية القوية اللازمة للرنين المغناطيسي النووي (NMR) عن طريق مغناطيسات كهربائية فائقة البرودة مع مبردات. التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) هو تطبيق NMR ذلك يستخدم الهيليوم السائل. الأشعة تحت الحمراء كثيرا ما تتطلب الكاميرات التبريد المبردة. يستخدم التجميد المبرد للأغذية لنقل أو تخزين كميات كبيرة من الطعام. يستخدم النيتروجين السائل لإنتاج الضباب للتأثيرات الخاصة وحتى الكوكتيلات المتخصصة والطعام. يمكن أن يؤدي تجميد المواد باستخدام المبردات إلى هشاشة كافية لتكسيرها إلى قطع صغيرة لإعادة التدوير. تستخدم درجات الحرارة المبردة لتخزين عينات الأنسجة والدم والحفاظ على العينات التجريبية. التبريد المبرد من الموصلات الفائقة يمكن استخدامها لزيادة نقل الطاقة الكهربائية للمدن الكبرى. تستخدم المعالجة المبردة كجزء من بعض معالجات السبائك ولتيسير التفاعلات الكيميائية منخفضة الحرارة (على سبيل المثال ، لصنع عقاقير الستاتين). يستخدم Cryomilling لطحن المواد التي قد تكون لينة جدًا أو مرنة بحيث لا يمكن طحنها في درجات الحرارة العادية. يمكن استخدام تبريد الجزيئات (حتى مئات من نانو كلفينز) لتشكيل حالات غريبة من المادة. مختبر الذرة الباردة (CAL) هو أداة مصممة للاستخدام في الجاذبية الصغرى لتشكيل بوز أينشتاين المكثفات (حوالي 1 درجة حرارة بيكو كلفن) واختبار قوانين ميكانيكا الكم والفيزياء الأخرى مبادئ.

Cryogenics هو مجال واسع يشمل العديد من التخصصات ، بما في ذلك:

علم الصرخات - Cryonics هو حفظ تجميد للحيوانات والبشر بهدف إحياءهم في المستقبل.

انصحوا - هذا فرع من الجراحة تستخدم فيه درجات الحرارة المبردة لقتل الأنسجة غير المرغوب فيها أو الخبيثة ، مثل الخلايا السرطانية أو الشامات.

الكتروضوئيق - هذه هي دراسة الموصلية الفائقة والقفز المتغير المدى والظواهر الإلكترونية الأخرى عند درجة حرارة منخفضة. يسمى التطبيق العملي للإلكترونيات البردية الإلكترونيات المبردة.

علم الأحياء البارد - هذه دراسة آثار درجات الحرارة المنخفضة على الكائنات الحية ، بما في ذلك الحفاظ على الكائنات الحية والأنسجة والمواد الوراثية باستخدام الحفظ بالتبريد.

في حين أن المبردات عادة ما تتضمن درجة حرارة أقل من نقطة التجمد للنيتروجين السائل أعلى من درجة التجمد الصفر المطلق ، حقق الباحثون درجات حرارة أقل من الصفر المطلق (ما يسمى بالسالب كلفن) درجات الحرارة). في عام 2013 ، قام أولريش شنايدر من جامعة ميونيخ (ألمانيا) بتبريد الغاز إلى ما دون الصفر المطلق ، مما جعله أكثر سخونة بدلاً من البرودة!

• براون ، س. ، رونزايمر ، ج. P. ، Schreiber ، M. ، Hodgman ، S. S. ، Rom ، T. ، Bloch ، I. ، Schneider ، U. (2013) "درجة الحرارة السلبية المطلقة لدرجات الحرية الحركية". علم339, 52–55.
• غانتس ، كارول (2015). التبريد: تاريخ. جيفرسون ، كارولينا الشمالية: McFarland & Company، Inc. ص. 227. ردمك 978-0-7864-7687-9.
• ناش ، جيه. م. (1991) "أجهزة التوسع الدوامة لدرجات الحرارة العالية المبردة". بروك. المؤتمر السادس والعشرين لهندسة تحويل الطاقة بين المجتمعات، المجلد. 4 ، ص. 521–525.