Img00121

125

2.78. W urządzeniach do skraplania gazów wykorzystuje się zwykle efekt obniżania temperatury gazu w dwóch zjawiskach: w adiabatycznym rozprężaniu gazu związanym z wykonaniem pracy zewnętrznej oraz w tzw. efekcie Joule’a-Thomsona, polegającym na izoentalpowym rozprężaniu gazu przy przejściu przez dławik. Dalsze obniżanie temperatury można uzyskać przez obniżenie ciśnienia nad powierzchnią cieczy kriogenicznej (wykorzystanie ciepła parowania).

Dla celów technicznych nie są na ogół potrzebne temperatury niższe od temperatur skraplania helu. Niższe temperatury uzyskuje się w kriogenicznych laboratoriach badawczych, przy użyciu specjalnej aparatury i metod tzw. magnetycznych. Do schładzania próbek od 1 K do temperatury rzędu 1(T² K używa się metody adiabatycznego rozmagnesowania soli paramagnetycznych, a do ultraniskich temperatur w zakresie 10^_3...10'⁶ K — metody adiabatycznego rozmagnesowania spinów jądrowych. Najniższa temperatura, którą dotychczas uzyskano w laboratoriach badawczych, to 3,8-10"⁵ K, zarejestrowane w Jiilich (RFN) w 1980 roku.

Zgodnie z zasadami fizyki nie jest możliwe uzyskanie temperatury zera bezwzględnego. Jest to wartość graniczna, do której można się zbliżać przy użyciu coraz to doskonalszych metod.

Kriorezystywność

2.79. Elektrony w metalach należące do pasma przewodnictwa ulegają rozproszeniu na wszelkiego rodzaju zaburzeniach sieci krystalicznej (defekty, zanieczyszczenia atomami innych pierwiastków itd.) oraz w wyniku drgań cieplnych jonów w węzłach kryształu. W procesie rozproszenia elektrony przekazują sieci energię nabytą w polu elektrycznym. Efekt ten uzewnętrznia się w postaci oporności elektrycznej.

Ze spadkiem temperatury słabną drgania jonów sieci i rezystywność metalu maleje. Ta część rezystywności, która jest spowodowana defektami struktury lub domieszkami obcych atomów nie zależy od temperatury i pozostaje nawet w najniższych temperaturach (jeśli metal nie przechodzi w stan nadprzewodnictwa) — jest to tzw. rezystancja resztkowa metalu p_r.

Drgania cieplne sieci krystalicznej są skwantowane, a kwanty drgań nazywają się fononami. Mówi się więc o rozproszeniu elektronów na fononach, jako przyczynie tej części rezystywności, która zależy od temperatury. Ta składowa rezystywności, p_; wzrasta wraz z temperaturą, gdyż zwiększa się gęstość gazu fononowego i zderzenia elektronów z fononami stają się częstsze.

Jeśli oba te efekty uznać za zjawiska niezależne od siebie, to rezystywność metalu można określić jako sumę rezystywności składowych

p(T) = p_{r + Pi}(T)    (2.79-1)

Suma rezystywności p_; i p_r nie stanowi jednak całkowitej rezystywności materiału przewodowego. W szczególnych warunkach, obok tych dwóch składowych,