Tieftemperaturphysik

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Die Tieftemperaturphysik befasst sich mit Vorgängen in kalter Materie. Der betrachtete Temperaturbereich liegt in der Nähe des absoluten Nullpunkts der Temperaturskala, d. h. nahe an 0 Kelvin (wenig über -273,15 Grad Celsius). Es gibt keine genau definierte Temperatur, ab der man von Tieftemperaturphysik spricht. Experimente sind jedoch meist mit der Verwendung von Kryoflüssigkeiten wie flüssigem Stickstoff (Siedepunkt: 77,4 K) oder flüssigem Helium (Siedepunkt: 4,21 K) verknüpft. Unter 1 Kelvin spricht man oft von ultratiefen Temperaturen.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Methoden zum Erreichen tiefer Temperaturen
3 Vorgänge bei tiefen Temperaturen
4 Messung tiefer Temperaturen
5 Literatur

[Bearbeiten] Geschichte

Mit dem Erreichen immer tieferer Temperaturen waren oft grundlegende Entdeckungen verknüpft (z. B. die der Supraleitung), deren Anwendungen heute kaum noch wegzudenken sind. Als Begründer der modernen Tieftemperaturphysik gilt Heike Kamerlingh Onnes, dem 1908 in Leiden erstmals die Verflüssigung von Helium gelang.

[Bearbeiten] Methoden zum Erreichen tiefer Temperaturen

Kühlkreislauf nach Carl von Linde
Gasverflüssigung nach Carl von Linde
Gaskreislaufkühlung
Verdampfungskühlung
Temperaturbereich: Einige 100 Millikelvin.
Kühlung mit Hilfe des Pomeranchuk-Effekts
Temperaturbereich: Wenige Millikelvin.
³He-⁴He-Entmischungskühlung
Temperaturbereich: Wenige Millikelvin.
Magnetische Kühlung
Temperaturbereich: Wenige Millikelvin bis hinab zu einigen Mikrokelvin (μK).
Laserkühlung
Evaporative Kühlung

[Bearbeiten] Vorgänge bei tiefen Temperaturen

Supraleitung
Viele Stoffe verlieren bei tiefen Temperaturen ihren elektrischen Widerstand.
Suprafluidität
³He und ⁴He können bei ausreichend tiefen Temperaturen reibungsfrei fließen.
Bose-Einstein-Kondensation

[Bearbeiten] Messung tiefer Temperaturen

Es gibt keine Methode, mit der die thermodynamische Größe Temperatur direkt gemessen werden kann. Zur Bestimmung von tiefen Temperaturen werden deshalb vor allem der Dampfdruck von verflüssigten Gasen (He, H₂, N₂ etc.) herangezogen. Dies geschieht bei der derzeit gültigen Temperaturskala ITS-90, die den Bereich 0,65 bis 1350 K abdeckt. Für noch tiefere Temperaturen gibt es die provisorische PLTS-2000 Skala, welche bis zu 0,9 mK hinab, der Néel-Temperatur in festem ³He, reicht. Zur Messung der Temperatur können, je nach Messbereich und experimentellen Möglichkeiten, unterschiedliche Primärthermometer oder Sekundärthermometer eingesetzt werden.

Siehe auch: Kernspinresonanz, SQUID-Thermometrie, Rauschthermometer

[Bearbeiten] Literatur

Christian Enss, Siegfried Hunklinger: Tieftemperaturphysik. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2000, ISBN 3540676740
Guy K. White, Philip J. Meeson: Experimental Techniques in Low-Temperature Physics. Oxford University Press, ISBN 0-19-851427-1

Von „http://de.wikipedia.org../../../t/i/e/Tieftemperaturphysik.html“

Kategorie: Physik