Çok Düşük Sıcaklıklar Hakkında 10 Şaşırtıcı Gerçekler

[ad_1]

Son 150 yılda bilim adamları aşırı düşük sıcaklıklara ulaşmak için çeşitli yöntemler geliştirdiler. Her ikisi de kayda değer derecede düşük kaynama noktalarına sahip olan sıvı azot ve sıvı helyum gibi akışkanlar birçok alanda kullanılmıştır. Daha yakın zamanlarda, lazer soğutma teknikleri de uygulanmaktadır.

Bu yöntemler her türlü süper soğutmaya yeni keşifler ve icatlar getirmiştir. Kalıcı manyetik demiryolu sisteminden ve son derece yenilik dondurmadan, son teknoloji ürünü tıbbi tarayıcılara, ay soğuk tuzaklarına ve çok daha fazlasına, aşırı soğuk algınlığı, bir sonraki bilimsel gelişmeler dalgası için çok önemli.

10 Süper İletkenler ve Kaldırma Trenleri

1911'de, bilim adamları ilk kez aşırı soğutma teknikleriyle deney yaparken, Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, bazı malzemelerin elektriği iletme şekli konusunda dikkat çekici bir şey keşfetti. Cıva gibi basit elemanların, sıcaklık belirli bir eşiğin altına düştüğünde sıfır dirençle elektrik iletebildiğini gözlemledi.

Düşük sıcaklıklarda, bu malzemeler mükemmel bir elektrik iletkeni olur – bu nedenle “süper iletkenler” adı verilir. Kapalı bir süper iletken malzeme döngüsünde, bir elektrik akımı enerji kaybetmeden sonsuza dek akabilir.

Süper iletkenler, güçlü bir mıknatısın üstüne yerleştirdiğinizde daha da ilgi çekici hale gelir. Güçlü manyetik alan, süper iletkende bir iç mıknatıslığın indüklenmesine neden olur, bu daha sonra altındaki mıknatıs tarafından itilir. Bu manyetik itme, süper iletkenin yerçekimine meydan okur ve minyatür bir hoverboard gibi havada asılı durmasıyla sonuçlanır.

Japon mühendisler bu prensipte çalışan bir demiryolu sistemi bile inşa etmişlerdir. SC Maglev, “süper iletken manyetik kaldırma” için kısa olan — tekerlekler yerine süper iletken mıknatıslara sahiptir. Sıvı helyum tankları kullanılarak soğutulur ve uzun bir manyetik yolun üzerinde 10 santimetre (4 inç) havaya kaldırılır. Nisan 2015'te, yüksek hızlı L0 Serisi SC Maglev treni, Fuji Dağı yakınlarındaki bir test parkurunda saatte 603 kilometrelik (375 mil / saat) demiryolu seyahati için dünya rekoru kırdı.[1]

Şu anda bilinen tüm süper iletkenler sadece aşırı soğukta çalışacak, bu da oldukça sınırlı bir kullanım alanına sahip oldukları anlamına geliyor. İtriyum baryum bakır oksit gibi en karmaşık süper iletken malzemeler bile sıcaklık -173 santigrat derecenin (-279 ° F) üzerine çıktığında süper iletkenliklerini kaybederler. Şimdi bilim adamlarının karşılaştığı zorluk, bu süper iletken özellikleri oda sıcaklığında tutmanın bir yolunu bulmak.

9 Manyetik rezonans görüntüleme

Sıvı helyum, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tarayıcılarını çalıştırmak için hayati bir bileşendir – tıp uzmanlarının hastaların vücutlarını görmelerini sağlayan müdahaleci olmayan görüntüleme teknolojisi. Tarayıcının içindeki metal tel bobinleri, elektrik dirençlerini en aza indirgemek için ultra-soğuk sıvıya tekrar tekrar yerleştirilir. Bu teller, Dünya alanından 40.000 kat daha büyük güçlü bir manyetik alan oluşturur.

Şu anki kurulumda bir sorun var: Helyumun azalmasıyla. Madde, daha fazla üretim yapmanın bilinen bir yolu olmadığından endişe verici şekilde kısa bir tedariktedir. Ortalama tarayıcı, manyetik bobinleri -269 derece santigrat dereceye (-452 ° F) soğutmak için 1.700 litre (449 gal) sıvı helyum gerektirir.[2]

8 Bose-Einstein Yoğuşmaları

Düşük sıcaklıklar, gazlarda ciddi garip davranışlara neden olabilir. Tipik olarak, bir gazdaki atomlar sürekli hareket eder – yüksek hızda dolanır, kabın duvarlarından sıçrar ve birbiriyle çarpışır. Bu gaz daha sonra ısıtılırsa, atomların hareketi daha enerjik ve çılgınca olur.

Bununla birlikte, bazı gazlar aşırı düşük sıcaklıklara (yaklaşık -273 santigrat derece (-460 ° F)) soğutulduğunda, tek tek atomlar enerjilerini önemli ölçüde kaybetmeye başlar. Sonunda, atomlar daha fazla enerji kaybedemediğinde, Bose-Einstein kondensat (BEC) olarak bilinen egzotik bir madde türü oluştururlar.[3]

BEC'lerin en tuhaf ve mükemmel özelliklerinden biri, ışığı yavaşlatma ve durdurma yetenekleridir. Danimarkalı fizikçi Lene Hau, bir lazer ışınını ışık hızından saniyede 17 metreye (56 ft / sn) yavaşlatmak için kullandı – yüzde 17 milyonun üzerinde bir düşüş.

Hau ve ekibi, bireysel ışık atımlarını BEC'lerde saklamak için bir teknik geliştirmeye devam ettiler. Bu inanılmaz gelişmeler, özellikle kuantum bilgisayarlarda yeni veri depolama yöntemlerinin önünü açabilir.

Her ne kadar Albert Einstein ve Satyendra Nath Bose, 1920'lerde bu fikri ortaya çıkarsalar da, 70 yıl sonra ilk BEC'nin yapıldığına kadar değildi. Bu, 1995 yılında Amerikalı fizikçiler Eric Cornell ve Carl Wieman’ın, bir uzay gazından milyonlarca kat daha soğuk bir rubidyum atomu gazını 170 nK'ye başarıyla soğutmasıyla başarıldı.

Bilimsel araştırmalara olan önemli katkıları için, çift – MIT profesörü Wolfgang Ketterle ile birlikte – 2001'de Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

7 Kriyoterapi

Kriyoterapi, tıbbi tedavilerde düşük sıcaklıkların kullanılmasını ifade eden bir terimdir. Çoğunlukla, sıfır altı kimyasallar, anormal doku hücrelerinin çıkarılması için özel bir kriyoprob kullanılarak uygulanır. Bu, çirkin bir siğilden donmadan kanserli bir tümörün yok olmasına kadar her şeyi içerir.

Bazı kriyoterapi savunucuları, diğer fantastik kullanımların bir bolluğuna sahip olduğunu iddia ediyorlar. Kendinizi -100 derece Santigrattan (-148 ° F) daha soğuk bir kabine sokmanın demansı önleyebilir, depresyonu azaltabileceğini ve hatta kilo vermenize yardımcı olabileceğini söylüyorlar. Ancak bunun kanıtı sahtedir.[4]

6 Aydaki Kraterler

Güneş sistemindeki en soğuk bilinen yer, hayal edebileceğinizden çok eve daha yakın. Aslında Plüton'un yüzeyi olduğuna inanılıyordu. Ancak 2009'da bilim adamları, Ay’ın güney kutbunun etrafında, kışın -248 santigrat dereceye kadar düşebilen kraterler keşfettiler. NASA’nın Lunar Reconnaissance Orbiter’ı, Ay’ın yüzeyinden 50 km (31 mil) uzaklıktaki radyasyon seviyelerini ölçerek keşif yaptı.

En düşük sıcaklıklar, kalıcı olarak gölgede kalan ay aralıklarında bulunur; bu, hiçbir zaman güneş ışığı almadıkları anlamına gelir. Bu sıfır altı kraterler, Ay'daki bir faaliyet arşivini ortaya çıkarmak için analiz edilebilecek elementleri ve uçucu gazları yakalayan “soğuk tuzaklar” olarak işlev görür. Örneğin, güney kutbuna yakın 98 kilometrelik bir krater olan Cabeus'ta tanımlanan mineraller, kuyruklu yıldız grevlerinin öyküsünü öneriyor.

Söylendiği gibi, Ay'ın yüzeyi her zaman aşırı soğuk değildir. Aslında, sıcaklık zamana ve pozisyona bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Gün ortasındaki ekvator o kadar sıcak ki su kaynatır, oysa kutuplar gece boyunca sıvı oksijen kadar soğuktur.[5]

5 Sıvı azot dondurma

Düzenli dondurma, süt, krema ve şekeri bir araya getirerek pürüzsüz, lezzetli bir karışım haline getiren özel dondurucular kullanılarak yapılır. Ancak, bazı üreticiler işleri biraz farklı yapmaktan hoşlanıyor. Karışıma ultra-soğuk kimyasallar ekleyerek deney yapmaya başladılar. Dondurma üretimi uzun bir süreç olabilir, ancak sıvı azot kullanarak üreticiler birkaç dakika içinde partiden sonra partiyi parçalayabilir.

Dondurma üreticileri için önemli zorluklardan biri, karışımın mümkün olduğunca çabuk donmasını sağlamaktır. Sıvılar uzun bir süre boyunca donarsa, büyük pürüzlü buz kristalleri oluştururlar. Mikroskop altında görmek inanılmaz olabilir ancak dondurmanın dokusunu bozabilir.

Bununla birlikte, sıvı azotla hızlı dondurma, daha küçük kristallere yol açar. Bu, dondurmayı, gerçek noktaya gerçekten vurması için yumuşak, lezzetli bir tutarlılık verir.[6]

Bu dikkat çekici bilim harikası şık, uzman salonlarda ve sınır aşan şefler arasında büyük bir popülerlik buluyor. Ultrasmooth dondurma beyaz sis perdesinde çırpılır ve bu modaya uygun, modası geçmiş deneyimi arayan müşterilere sunulur. Brooklyn'deki bir salon bile sıvı azotu sıcak çikolataya dökecek kadar ileri gidiyor.

4 Sıvı Azot Kokteylleri

Sıvı azot dondurması için yeni eğilimi zaten araştırdık, ancak mutfak deneyleri sütlü tatlılarla sınırlı değil. Sıcaklık -196 santigrat derece olan (-320 ° F) sıvı azot, çok sayıda iyi kullanıma giriyor: kriyo beyazlatıcı sebzeler, donmuş otların öğütülmesi, meyveleri küçük buzlu damlacıklara bölmek ve daha fazlası.

Hatta bazı barmenler harekete geçtiler, subzero kimyasalları da heceleme etkisi için içkilerine döktüler. Sıvı azot kokteylleri, neredeyse bir cadı kazanı gibi, camın üstünden sarkan dumanlı beyaz bir sis üretir. Onlar revelers arasında popüler bir yenilik tedavi kanıtlıyorlar.

Ancak, bu modaya uygun içecekler potansiyel riskleri olmadan değildir.

2012 yılında, bir İngiliz kadın tehlikeli içeceği içtikten sonra midesinin bir kısmını çıkarmak için ameliyat olmak zorunda kaldı. On sekiz yaşındaki Gaby Scanlon, Lancaster'taki Oscar barında geceleri dışarı çıktıktan sonra etkili bir şekilde soğuk ısırmasına maruz kaldığı bir gastrektomiye ihtiyaç duyuyordu.

Kriyojenik kokteyller olaydan sonra şiddetli ateş altında kaldı. İngiliz Sıkıştırılmış Gazlar Birliği, bir içeceğe sıvı azot eklenmesinin “son derece aptal” bir şey olduğunu söyledi.[7]

3 Esnek Hayvanların Sağkalımı

Aşırı soğuk koşullara maruz kalan bilinen canlıların büyük çoğunluğu, özellikle sıcak kanlı memelilerde hayatta kalma şansını zar zor karşılayacaktır. İnsanlar için, çekirdek vücut sıcaklığımız 35 santigrat derecenin altına düştüğünde hipotermi oluşmaya başlar. Kalbiniz ve diğer iç organlarınız artık düzgün bir şekilde çalışamıyor. Soğuğa uzun süre maruz kalmak, tamamen kapanmalarına neden olabilir.

Bununla birlikte, insanlar için düşünülemeyecek sıcaklıklarda hayatta kalabilen seçkin birkaç esnek küçük canlı vardır. En etkileyici, Doğu Asya’dan bilinen küçük bir parazitik sülük. Ozobranchus jantseanus. Japon araştırmacılar sülüklerin 24 saate kadar -196 santigrat derece (-320 ° F) sıcaklığa dayanabileceğini keşfetti.

:

Su sıcaklıkları ve drosophilid sinek larvaları, daha önce bu sıcaklıklarda hayatta kalmış sadece iki canlı var. Ancak, her iki tür de sadece bir saatini idare edebildi.

Dahası, bir sülük grubu, -90 derece Santigratta (-130 ° F) depolanan tam dokuz ay boyunca hayatta kalabildi; sadece Dünyada ölçülen en düşük doğal sıcaklığın birkaç derece üstünde. Hatta bazıları 2,5 yıl bile kazandı.[8]

Bilim adamları, bu Doğu Asya sülüklerinin neden aşırı soğuk algınlığına bu kadar adapte olduklarından, özellikle de vahşi ortamlarda genellikle bu sıcaklıklarla karşılaşmayacakları için şaşkın kalmaya devam ediyor. Cevabı bulabilirlerse, dondurarak saklama tekniklerinin geliştirilmesine yardımcı olabilirler.

2 Ciddi sakatlıklar

Birkaç yaratık sıfırın altındaki sıcaklıklarda saatlerce hayatta kalabilirken, çoğunluğumuz bu düşük sıcaklıkların inanılmaz derecede tehlikeli olduğunu düşünüyor. Şiddetli soğuk algınlığı patlamasının en kötüsünün dilinizi bir elektrik direğine dondurmak olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak bu uç noktalarda, kısa süreli maruz kalma bile geri dönüşü olmayan bir hasara neden olabilir. Örneğin, sıvı azot, cilt dokunuzu veya göz sıvınızı donma potansiyeline sahiptir; bu, donma, göz hasarı, hatta daha da kötüye gidebilir.

Aslında, özellikle unwise bir sıvı azot kullanımı bir adamı komaya soktu. 2013 yazında, enerji içecek şirketi Jagermeister, Leon, Meksika'da bir promosyon havuz partisi düzenlemeye karar verdi. Atmosfere eklemek için, organizatörler havuzun üzerinde asılı kalmak için bir sis istediler.

Sıvı azot kaynadığında, şaşırtıcı bir azot sisi bulutu oluşturur. Böylece, sis makineleri kullanmak yerine, organizatörler havuza kovalar ve sıvı azot kovaları döktüler.[9]

Sonuçlar felaketti.

Kriyojenik kimyasallar kesinlikle çok fazla sis üretmesine rağmen, dokuz kişiyi de hastaneye yatırdılar. Oksijen yerine yüzücüler, havuzun üzerinde akan azot sisi bulutlarında nefes almaya başladı ve boğulmaya başladı.

Paramedikler, komaya giren 21 yaşındaki bir erkek de dahil olmak üzere birkaç yüzücü öldükten sonra insanları emniyete almak zorunda kaldı. Neyse ki, partide yaralanan herkes daha sonra iyileşti.

1 Tamamen sıfır

Bu listede keşfedilecek tüm sıcaklıklar arasında mutlak sıfır, en soğuk olanıdır. Aslında, teorik olarak konuşursak, mutlak sıfır mümkün olan en düşük sıcaklıktır. Daha soğuk bir şey yok. Mutlak sıfırda bir gazdaki parçacıklar çok az enerji harcarlardı. Hareketleri tamamen kuantum fiziğinin neden olduğu minik dalgalanmalarla sınırlı olacaktı.

Mutlak sıfır, bilim adamlarının 1954'te düzgün bir şekilde ele almak için yepyeni bir sıcaklık ölçeği oluşturdukları olağanüstü bir sıcaklıktır. İrlandalı fizikçi Lord Kelvin onuruna bu ölçeğe Kelvin (K) adını verdiler.

Adından da anlaşılacağı gibi, mutlak sıfır -273,15 santigrat derece (-459.67 ° F) anlamına gelen sıfır Kelvin'e (0 K) karşılık gelir. Bose-Einstein kondensatlarının açıklamasında sıcaklıkları 0 K üzerinde bir derecenin sadece bir kısmını tartışmıştık.

Tabii ki, mutlak sıfırın tamamen teorik bir sıcaklık olduğunu belirtmekte fayda var. Termodinamiğin Üçüncü Yasası, bize bu kadar düşük bir sıcaklığa ulaşmak için sonsuz miktarda çalışma yapmamız gerektiğini söyler.[10]

Bununla birlikte, lazer soğutma teknikleriyle deney yapan bilim adamları çok yakınlaşmayı başardılar. 2015 yılında, Stanford Üniversitesi'ndeki fizikçiler, rekordaki en düşük sıcaklık olan 0 K'nin üzerinde bir dereceye kadar 50 trilyonda bir rubidyum atom bulutu soğutdu.

Bu son teknoloji soğutma teknikleri gelişmeye devam ettikçe, sıcaklığa dayalı araştırmalardaki gelişmeler devam etmeyi bekliyor. 20. yüzyılın başında, sıvı azot nispeten yeni bir gelişme oldu. Şimdi bir kıl mutlak sıfırı içindeki sıcaklıklarda deney yapma teknolojisine sahibiz. Gelecek 100 yılın bizim için sakladıkları gelince, sadece zaman söyleyecektir.


[ad_2]

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir