Definición y usos de la criogenia

La criogenia se define como el estudio científico de los materiales y su comportamiento a niveles extremadamente bajos. temperaturas. La palabra viene del griego cryo, que significa "frío", y genic, que significa "producir". El término generalmente se encuentra en el contexto de la física, la ciencia de los materiales y la medicina. A los científicos que estudian criogenia se le llama criogenista. Un material criogénico puede denominarse un criógeno. Aunque las temperaturas frías se pueden informar utilizando cualquier escala de temperatura, el Kelvin y las escalas de Rankine son más comunes porque son escalas absolutas que tienen números positivos

Exactamente qué tan fría debe ser una sustancia para ser considerada "criogénica" es un tema de debate por parte de la comunidad científica. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) considera que la criogenia incluye temperaturas inferiores a -180 ° C (93,15 K; −292.00 ° F), que es una temperatura por encima de la cual se encuentran los refrigerantes comunes (por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, freón) gases y debajo de los cuales se encuentran los "gases permanentes" (p. ej., aire, nitrógeno, oxígeno, neón, hidrógeno, helio) líquidos También hay un campo de estudio llamado "criogenia de alta temperatura", que involucra temperaturas superiores al punto de ebullición

La medición de la temperatura de los criógenos requiere sensores especiales. Los detectores de temperatura de resistencia (RTD) se utilizan para tomar mediciones de temperatura tan bajas como 30 K. Por debajo de 30 K, a menudo se usan diodos de silicio. Los detectores de partículas criogénicas son sensores que funcionan unos pocos grados. por encima del cero absoluto y se usan para detectar fotones y partículas elementales.

Los líquidos criogénicos generalmente se almacenan en dispositivos llamados matraces Dewar. Estos son recipientes de doble pared que tienen un vacío entre las paredes para aislamiento. Los matraces Dewar diseñados para su uso con líquidos extremadamente fríos (por ejemplo, helio líquido) tienen un recipiente aislante adicional lleno de nitrógeno líquido. Los frascos Dewar reciben su nombre de su inventor, James Dewar. Los matraces permiten que el gas escape del contenedor para evitar que la acumulación de presión hierva y pueda provocar una explosión.

Los siguientes fluidos se usan con mayor frecuencia en criogenia:

Existen varias aplicaciones de la criogenia. Se utiliza para producir combustibles criogénicos para cohetes, incluidos hidrógeno líquido y oxígeno líquido (LOX). Los fuertes campos electromagnéticos necesarios para la resonancia magnética nuclear (RMN) generalmente se producen sobreenfriando electroimanes con criógenos. La resonancia magnética (MRI) es una aplicación de RMN que utiliza helio líquido. Infrarrojo Las cámaras requieren con frecuencia enfriamiento criogénico. La congelación criogénica de alimentos se utiliza para transportar o almacenar grandes cantidades de alimentos. El nitrógeno líquido se utiliza para producir niebla. para efectos especiales e incluso cócteles especiales y comida. Los materiales congelados que usan criógenos pueden hacerlos lo suficientemente frágiles como para romperse en pequeños pedazos para reciclar. Las temperaturas criogénicas se utilizan para almacenar muestras de tejido y sangre y para preservar muestras experimentales. Enfriamiento criogénico de superconductores puede usarse para aumentar la transmisión de energía eléctrica para las grandes ciudades. El procesamiento criogénico se usa como parte de algunos tratamientos de aleación y para facilitar las reacciones químicas a baja temperatura (por ejemplo, para hacer estatinas). Cryomilling se utiliza para fresar materiales que pueden ser demasiado blandos o elásticos para ser molidos a temperaturas normales. El enfriamiento de las moléculas (hasta cientos de nano Kelvins) puede usarse para formar estados exóticos de la materia. El Cold Atom Laboratory (CAL) es un instrumento diseñado para usar en microgravedad para formar Bose Einstein condensados ​​(alrededor de 1 pico de temperatura Kelvin) y leyes de prueba de la mecánica cuántica y otra física principios

La criogenia es un campo amplio que abarca varias disciplinas, que incluyen:

Cryonics - Cryonics es la criopreservación de animales y humanos con el objetivo de revivirlos en el futuro.

Criocirugía - Esta es una rama de la cirugía en la que las temperaturas criogénicas se usan para matar tejidos no deseados o malignos, como células cancerosas o lunares.

Crioelectrónicas - Este es el estudio de la superconductividad, el salto de rango variable y otros fenómenos electrónicos a baja temperatura. La aplicación práctica de la crioelectrónica se llama criotronicos.

Criobiología - Este es el estudio de los efectos de las bajas temperaturas en los organismos, incluida la preservación de organismos, tejidos y material genético utilizando criopreservación.

Mientras que la criogenia generalmente implica una temperatura por debajo del punto de congelación del nitrógeno líquido pero por encima de la temperatura de cero absoluto, los investigadores han alcanzado temperaturas por debajo del cero absoluto (los llamados Kelvin negativos temperaturas). En 2013, Ulrich Schneider, de la Universidad de Munich (Alemania), enfrió el gas por debajo del cero absoluto, lo que, según los informes, ¡lo hizo más caliente en lugar de más frío!

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