Основные процессы, сопровождающиеся понижением температуры.

1) Использование естественного холода (240 К – 300 К) – холода толщи почвы, холодной воды, льда, запасённого зимой или перевезённого с горных местностей;

2) Дросселирование (0,7 К – 300 К) – адиабатное расширение газов, паров и жидкостей, проходящих через гидравлическое сопротивление. Осуществляется в открытой системе и является неравновесным ( необратимым) процессом. Дросселирование описывается уравнением h=const;

В процессе дросселирования температура может как понижаться, так и повышаться. Это зависит от начального и конечного давления, начальной температуры и рода газа.

Используется в парокомпрессионных холодильных установках ( холодильник бытовой) и ожижителях.

Работа при дросселировании не совершается.

3) Детандирование – адиабатное расширение газа или пара с совершением внешней работы. В идеальном случае процесс квазиравновесен и описывается условием S=const

В области умеренного холода используется в воздушных турбохолодильных установках. В области низких температур – ожижение низкотемпературных газов, низкотемпературное разделение газовой смеси, и также в рефрижераторных установках, предназначенных для отвода теплоты из низкотемпературных камер.

Процесс детандеров реализуется с использованием объёмных и турбодетандеров.

4) Выхлоп – свободный выпуск сжатого газа из сосуда, является адиабатным расширением с совершением внешней работы против окружающей среды в неравновесных условиях, в начале процесса выхлоп идёт близко к изоэнтропному расширению S=const.

В областях умеренного холода 120 К -300 К используется редко.

В областях низкого холода 0,7 К – 120 К используется достаточно широко. Пример: машина Гиффорда – Макмагона и ожижитель Симона для получения жидкого гелия.

5) Адиабатное расширение газа при его перетекании из одного объёма в другой, т.е. процесс расширения при котором внутренняя энергия остаётся постоянной.

Не смотря на обязательное понижение температуры, процесс труднореализуем и не используется на практике.

6) Вихревое адиабатное расширение газа в специальных вихревых трубах (Ранка-Хилша), где происходит разделение расширенного газа на два потока, имеющие разные температуры. Горячий поток выходит с периферии трубы, а холодный из центра. Широко используется в области умеренного холода и в отдельных установках в области низкого холода.

7) Волновое расширение газа в специальных акустических криогенераторах, где энергия расширяющегося газа переходит в теплоту, либо электроэнергию: в результате возникновения акустического колебания между «тёплой» и «холодной» частями волнового криогенератора. Используется в отдельных установках умеренного и глубокого холода.

8) Пульсационное расширение газа – осуществляется в специальных установках ( пульсационных трубах) в которых осуществляется пульсационное расширение газа при его впуске и выпуске из устройства. Используется в отдельных установках глубокого и умеренного холода.

9) Адиабатная откачка паров кипящей жидкости. В результате испарения части жидкости происходит охлаждение оставшейся части. Используется в некоторых установках умеренного холода и во многих установках глубокого холода для получения температур ниже равновесной температуры жидкости при нормальном давлении.

10) Барботаж – прохождение газовых пузырей через слой жидкости. В результате происходит испарение паров жидкости в газовые пузыри, температура жидкости и газа уменьшаются. Используется для охлаждения газов и жидкости в области умеренного холода, и достаточно хорошо используется для получения пониженных температур жидкости в области глубокого холода.

11)Откачка паров твёрдой фазы (обычно кристаллы). Используется для получения температур, ниже тройной точки для данного вещества и, иногда, используется для отдельных установок глубокого холода.

12) Адиабатная десорбция газа с поверхности адсорбата. Используется в установках умеренного и глубокого холода ( теплоиспользующие компрессорные машины)

13) Адиабатное дегидрирование интерметаллических соединений на основе редкоземельных металов (на основе лантана)

Используется теплота десорбции водорода при его удалении из гидридообразующего соединения. Используется в установках умеренного и глубокого холода (гидридные компрессоры для сжатия водорода)

14) Адиабатное сжатие смеси твёрдого и жидкого гелия-3 при температуре менее 0,3 К. При этом происходит понижение температуры за счёт перехода гелия из жидкого в твёрдое состояние ( эффект Померанчука)

15) Смешение или растворение веществ в жидком, твёрдом или газообразном состояниях, сопровождающееся понижением температуры, что является следствием того, что теплоёмкость смеси больше суммы парциальных теплоёмкостей компонентов этой смеси. Используется в установках умеренного холода (водо-аммиачные и бромисто-литиевые холодильные машины.

В области сверхнизких температур при растворении жидкого гелия-3 в сверхтекучем гелии-4, что позволяет достигнуть температур порядка 0,001 К.

16) Адиабатное размагничивание парамагнитных материалов, теплоёмкость которых зависит от величины внешнего магнитного поля. Используют соли или чистые кристаллы редкоземельных металлов (например гадолиния)

Используется во всём диапазоне температур, но только для отдельных установок. Нет широкого применения.

17) Адиабатное размагничивание ядер. Используется для получения сверхнизких температур порядка 10^-8 К.

18) Термоэлектрический эффект (возникновение разности температур при прохождении электрического тока на спаях разнородных проводящих материалов (обычно полупроводников). Используется в установках умеренного холода.

19) Возникновение разности температур в проводнике при прохождении через него электрического тока в магнитном поле.

Редко используется в установках умеренного и глубокого холода и почти не используется в области сверхнизкого холода.

20) Возникновение разности температур при продавливании сверхтекучего гелия через капилляры. Используется в установках сверхглубокого холода.