Физические принципы получения низких температур

При адиабатическом расширении газа

с отдачей полезной внешней работы получение низких температур возможно при любом состоянии газа, так как температура изменяется в сторону понижения.

1Энтальпия, или теплосодержание, - это функция состояния, равна сумме внутренней энергии (И) и потенциальной энергии давления (PV), где P – давление, V – объём.

В отличии от адиабатического дросселирования, в этом случае эффект возможен и для идеального газа, при этом величина понижения температуры в процессе адиабатического расширения газа при прочих равных условиях бывает больше, чем в процессе адиабатического дросселирования.

Адиабатическое расширение газа в детандре (расширителе) используют для получения криогенных температур.

Вихревой эффект

достигает в вихревых трубах при подаче в них по тангенциальному вводу сжатого воздуха, имеющего температуру окружающей среды. Скорость вращения воздуха в трубе обратно пропорциональна радиусу. Центральная часть вращающегося потока имеет большую скорость, чем периферийная, вследствие чего температура воздуха у стенке трубы выше, а в центе ниже, чем температура подаваемого в трубу воздуха. Можно получить потоки воздуха с низкой и высокой температурами, если разделить центральную и периферийную часть потока. Это явление называется явлением Ранка.

Термоэлектрический эффект,

известный как эффект Пельтье,

заключается в следующем: при прохождении постоянного электрического тока через цепь, состоящую из двух разнородных проводников, или полупроводников, один из спаев имеет низкую температуру, а другой – высокую.

Холодный спай термоэлемента, состоящий из двух ветвей, соединённых токоведущими шинами, является источником низкой температуры.

Основной показатель качества термоэлемента – коэффициент добротности (эффективность вещества), определяющий максимальную разность температур горячего и холодного спаев.

Таким образом, осуществляя определённый физический процесс, можно получить источник требуемой низкой температуры, необходимый для понижения температуры тела, т. е. для его охлаждения.

Для осуществления процесса охлаждения необходимо иметь два тела: охлаждаемое и охлаждающее – источник низкой температуры. Охлаждение продолжается, пока между телами происходит теплообмен. Источник низкой температуры должен функционировать постоянно, так как охлаждение должно осуществляться непрерывно. Это возможно при достаточном большом запасе охлаждающего вещества (тела) или при его конечном количестве, если восстанавливать первоначальное состояние вещества. Последний метод непрерывного получения низкой температуры широко применяется в холодильной технике с использованием различных холодильных машин.

Безмашинные способы получения холода основываются на плавлении, испарении, сублимации, а в термоэлектрических охлаждающих устройствах – на эффекте

Пельтье.