A to ciekawe
godnie z obserwacją Gordona a ilość wydzielanego na nim ciepła, problemów stojących przed konstrukto-
Z Moore a (jednego z założycieli przy maksymalnym obciążeniu pro- rami szybkich procesorów. Próby używa-
firmy Intel) moc obliczeniowa proce- cesora, wynosi 84 W. Gdyby rdzeń nia ciekłego azotu do chłodzenia proce-
sorów podwaja się co 12 18 miesięcy. miał powierzchnię 1m2, to wypromie- sorów są podejmowane już od dawna.
Do niedawna głównym zmartwie- niowywałby moc równą 840 kW (dla Wyjątkowo wydajne chłodzenie, jakie
niem inżynierów była miniaturyzacja porównania moc wydzielana przez zapewnia ciekły azot o temperaturze
układów scalonych i zaprojektowanie żelazko ustawione na maksymalną  196�C, jest niezbędne np. w trakcie
samego układu elektronicznego. Dziś temperaturę wynosi ok. 100 kW/m2). ekstremalnego przetaktowywania pro-
podstawowym problemem technicz- Wynika z tego, że współczesne proce- cesorów (przyspieszania ich pracy).
nym jest duża ilość ciepła wytwarzana sory wydzielają od 8 do 10 razy więcej Czy ten sposób chłodzenia ma szan-
na niewielkiej powierzchni rdzenia ciepła na jednostkę powierzchni niż sę trafić do naszych domowych kom-
procesora. Dobrym przykładem może rozgrzane żelazko! puterów? To trochę kłopotliwe, ale
być procesor Pentium IV 3,2 GHz. Po- W tej sytuacji odprowadzanie cie- jeżeli okazałoby się, że dodatkowe
wierzchnia rdzenia wynosi 112 mm2, pła staje się jednym z najważniejszych koszty związane z zastosowaniem ta-
kiego sposobu obniżania temperatury
zostałyby zrekompensowane przez
wzrost mocy obliczeniowej, to w za-
sadzie nic nie stoi na przeszkodzie,
żeby stosować ciekły azot jako me-
dium chłodzące. Pozostaje oczywiście
problem zaopatrywania się w ciekły
azot, bo choć nie jest on drogi (koszt
porównywalny do wody mineralnej),
to ponieważ stale paruje, należałoby
go często uzupełniać.
Pracujący pod obciążeniem nowoczesny
procesor komputerowy wydziela
ogromną ilość ciepła. Dlatego obecnie
jednym z największych problemów
hamujących wzrost wydajności
procesorów jest ich chłodzenie
Więcej doświadczeń
W internecie
o czego jeszcze można użyć cie-
Dkłego azotu? Okazuje się, że z po- Różne pomysły na wykorzystanie 200�C poniżej zera
wodzeniem można go wykorzystać ciekłego azotu
w kuchni, np. do zrobienia lodów. www.physik.uni-augsburg.de/~ubws/
Na początku należy przygotować ma- nitrogen.html Kilka razy w ciągu minuty wciągasz do płuc azot
sę, którą będziemy zamrażać. Potrzebu-
 główny składnik powietrza. Jeśli jednak ten sam
jemy następujących składników: Wszystko o azocie
azot doprowadzimy do stanu ciekłego, będzie on miał
4 szklanki śmietanki kremówki http://pl.wikipedia.org/wiki/
(można wymieszać pół na pół z mle- Ciek%C5%82y_azot
temperaturę niemal  200� Celsjusza. Przy takim zimnie
kiem), 1 laska prawdziwej wanilii, łyżką. Możemy oczywiście zrobić w ten
znika opór elektryczny, a zamrożony kwiat stłucze się
1 szklanka cukru i oczywiście ciekły sposób lody o dowolnym smaku  wy- Przepisy na nietypowe sorbety
azot (2 4 litry). starczy dodać szklankę zmiksowanych www.browniepointsblog.
jak szkło.
Schłodzoną śmietankę ubić z cukrem truskawek, jagód, jabłek itp. Jedynym com/2007/05/11/liquid-nitrogen-
i wanilią na bitą śmietanę w metalo- ograniczeniem będzie nasza wyobraz
- -sorbets
wym naczyniu. Następnie zachowu- nia. Co ciekawe, za pomocą ciekłego
jąc wszelkie środki bezpieczeństwa azotu można w prosty sposób przy- Ciekły azot i komputery
(okulary ochronne, rękawice) wlać do gotować lody (sorbety), które trudno www.tomshardware.
masy ciekły azot, jednocześnie ener- zrobić tradycyjną metodą  np. sorbet com/2003/12/30/5_ghz_project
CENTRUM NAUKI
gicznie mieszając masę drewnianą z dżinu z tonikiem.
KOPERNIK
www.kopernik.org.pl
CENTRUM NAUKI
KOPERNIK
Eksperymentuj!
Eksperymentuj!
Eksperymentuj!
Fot. Centrum Nauki Kopernik, archiwum, www.recipes4us.co.uk
Trochę teorii O historii
Trochę teorii
Zbudowana w Yamanashi (Japonia) kolej ierwszego skroplenia azotu do- współcześnie stosuje się chłodzenie
magnetyczna JR-Maglev (od magnetic Pkonali w 1883 roku w Krakowie gazu metodą rozprężania, wykorzy-
levitation) nie jez
dzi po szynach, tylko Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski stując tzw. efekt Joule a-Thomsona.
unosi się nad nadprzewodzącymi  dwaj profesorowie fizyki i chemii Zjawisko to możemy obserwować,
magnesami. Brak tarcia sprawia, że Uniwersytetu Jagiellońskiego. W tych gdy maksymalnie otworzymy zawór
pociąg rozwija prędkość 600 km/h czasach skraplanie gazów było nie lada turystycznej butli gazowej. Sprężony
wyzwaniem. Dwaj Polacy zastosowali gaz, wydostając się z butli, zwiększa
wiotki, jakby uszło z niego powietrze. metodę kaskadową, tzn. wielokrotnie swoją objętość i ulega gwałtownemu
Ale spokojnie, balon nie jest dziurawy! wykonywali tę samą procedurę, która ochłodzeniu. Na zaworze butli osadza
To tylko zamknięte w nim powietrze Na ściankach metalowego naczynia, początkowo obniżała temperaturę się szron. Stosowana obecnie metoda
bardzo się ochłodziło i zajmuje mniej- w którym znajduje się ciekły azot, o kilkadziesiąt stopni Celsjusza, a na skraplania azotu jest tania i wydajna
szą objętość. W temperaturze pokojo- pojawiają się krople cieczy  to skrop- końcu o kilka stopni. Technika ta by-  litr ciekłego azotu kosztuje tyle co
wej zamknięte w baloniku powietrze lony tlen ła czasochłonna i droga. Dlatego też litr wody mineralnej.
ogrzewa się i zwiększa swoją objętość.
Balonik sam się nadmuchuje. mamy do czynienia z tlenem, wystarczy
pojemniku używanym w trakcie rodzaju  szkielet usztywniający. Mo- Eksperyment ten wyjaśnia, dlaczego pod puszką umieścić płomień świecy.
Wpokazu przechowywany jest że on mieć strukturę bardzo regu- zimą trzeba się napracować bardziej Tlen spala się błyskawicznie, a już spa-
azot o temperaturze  196�C. Znaj- larną (mówimy wówczas o kryszta- niż latem, zanim napompuje się koło dające krople ciekłego azotu nie dają
duje się on na granicy między sta- le) lub nieuporządkowaną (tak jak samochodu lub roweru. takiego efektu.
nem ciekłym i gazowym. Paruje całą np. w szkle). Wysoka temperatura Używając ciekłego azotu, możemy W niskich temperaturach prawie
objętością lub  mówiąc potocznie powoduje, że atomy nie są sztywno skroplić inne gazy, np. tlen. Gdy wle- wszystkie przewodniki przechodzą
 gotuje się. Unoszący się nad zbior- osadzone w szkielecie, lecz przez cały jemy ciekły azot do metalowej puszki, w stan nadprzewodzący. Charakte-
nikiem biały dym to skroplona para czas drgają. Im słabszy szkielet lub im ścianki naczynia stają się mokre; widać ryzuje się on m.in. zerowym oporem
wodna. Próby odsłonięcia powierzchni mocniej drgają atomy, tym łatwiej cia- wyraz
nie, że do wysokości, do której elektrycznym. Oznacza to, że prąd
ciekłego azotu przez zdmuchiwanie ło odkształcić. W niskiej temperaturze sięga ciekły azot, są one ciemniejsze niż elektryczny może krążyć w pierście-
mglistej zasłony są z góry skazane na atomy drgają o wiele słabiej i konstruk- ścianki powyżej jego poziomu. Obser- niu nadprzewodzącym nieskończenie
niepowodzenie. cja szkieletu usztywnia się. Ciała stają wując to zjawisko, można by sądzić, że długo, i to bez podłączonego z
ródła
W niskich temperaturach przedmioty się twardsze i zazwyczaj bardziej kru- jest to skraplająca się woda. Przecież je- prądu. Inną cechą, która wyróżnia Zygmunt Wróblewski (z lewej) wraz z Karolem Olszewskim 5 kwietnia 1883 roku dokonali
miękkie i plastyczne stają się bardzo che (kruchość oznacza, że substancja śli zimną butelkę postawimy w ciepłym nadprzewodnik, jest wypychanie pola pierwszego na świecie skroplenia tlenu. Kilka dni póz
niej ta sama sztuka udała się im
twarde i kruche. Banan w tempera- woli podzielić się na drobne kawałki pomieszczeniu, momentalnie pojawiają magnetycznego ze swojego wnętrza z azotem
turze  196�C staje się tak twardy, że z niezdeformowanym szkieletem, niż się na niej kropelki wody. Ale nasze na- (efekt Meissnera). Niektóre nadprze-
można nim wbijać gwoz
dzie! Ale już stanowić jeden duży przedmiot z od- czynie ma temperaturę ok.  200�C, wo- wodniki nie wypychają pola całko-
Współczesne zastosowania
silnie zmrożone jabłko nie jest dobrym kształconym szkieletem). da powinna więc zamienić się w lód! Tą wicie, lecz pozostawiają w swoim
młotkiem  kruszy się w momencie ude- Również zachowanie gazów w znacz-  mokrą substancją jest... ciekły tlen! wnętrzu tzw. wiry pola magnetycz-
rzenia. Zarówno banan, jak i jabłko stają nym stopniu zależy od temperatury. Gaz Tlen z powietrza w kontakcie z zimną nego. Wypychanie pola i chwytanie
się twarde, ponieważ woda znajdująca zimny zajmuje mniejszą objętość niż gaz puszką ulega skropleniu (temperatura wirów powoduje, że nadprzewodnik laboratoriach klinicznych ciekły
się w ich miąższu zamarza. Jabłko za- gorący. Po wyjęciu ze zbiornika z cie- skraplania  186�C) i spływa po jej ścian- lewituje nad magnesem. Efekt ten Wazot wykorzystywany jest do
wiera znacznie więcej wody niż banan kłym azotem nadmuchany balonik jest kach. Aby przekonać się, że rzeczywiście można zaobserwować, umieszczając zamrażania materiału biologicznego,
(jest soczyste, podczas gdy banan przy- w polu magnetycznym schłodzoną do np. nasion i tkanek roślinnych, tkanek
pomina kleik) i po zamarznięciu staje się  183�C pastylkę spieku ceramicznego zwierzęcych, lub do przechowywania
po prostu bryłą kruchego lodu. YBaCuO. zapłodnionych komórek jajowych, tzw.
Przedmioty, w których składzie embrionów. Dzięki jego temperaturze
w ogóle nie ma wody, również tward-  196 �C proces zamrażania jest bardzo
nieją w ekstremalnie niskich temperatu- szybki. Zawarta w każdej żywej tkan-
rach. Ołowiany dzwon w temperaturze ce woda, zamieniając się w lód, nie
pokojowej nie potrafi wydobyć z siebie  zdąża utworzyć sieci krystalicznej Ciekły azot jest przechowywany
pięknego dz
więku, gdyż jego serce,  powstaje lód bezpostaciowy, który w specjalnych dobrze izolowanych
uderzając w płaszcz, odkształca miękki nie zwiększa objętości w trakcie zama- zbiornikach zwanych dewarami. Nie
metal, zamiast wprawić go w wibracje. rzania. Dzięki temu nie rozsadza on ko- mogą one być szczelnie zamknięte, bo
Ten sam dzwon rozbrzmiewa jednak mórek, a tkanka  po odgrzaniu  jest parujący azot wytwarzałby ciśnienie,
pięknym tonem, jeśli zanurzymy go na w pełni funkcjonalna. W medycynie które mogłoby rozerwać dewar
chwilę w ciekłym azocie. Dlaczego tak ciekły azot stosowany jest też w krio-
się dzieje? Przecież w dzwonie z oło- terapii polegającej na krótkotrwałym, Do obserwacji subtelnych zjawisk
wiu nie ma wody?! ale silnym, oziębianiu zmienionych mikroświata potrzebują oni jednak
Cząsteczki (lub atomy), z których Linie pola magnetycznego zostają chorobowo tkanek. obniżenia temperatury próbek nawet
zbudowana jest dana substancja, wypchnięte z nadprzewodnika, gdy ten Azot w postaci ciekłej, jako me- poniżej  270�C. Aby uzyskać tak silne
oddziałują na siebie siłami (natury Tabletka spieku ceramicznego YBaCuO schłodzona do  183�C staje się nadprze- ma temperaturę (T) niższą od krytycznej dium chłodzące, jest również co- oziębienie, stosują ciekły hel, którego
elektrycznej), które stanowią swego wodnikiem i dzięki temu może lewitować w polu magnetycznym (Tc) (efekt Meissnera) dziennym narzędziem pracy fizyków. temperatura wynosi  269�C.
Eksperymentuj!
Fot. Wikipedia, Jacek Błoniarz-A
uczak, archiwum 2x, Corbis; rys. Małgorzata Świentczak 2x