Detail předmětu

Kryogenika

FSI-TK0Ak. rok: 2024/2025

Teoretická a praktická výuka základů fyziky nízkých teplot a kryotechniky.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

3

Garant předmětu

Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Vstupní znalosti

Základní kurz obecné fyziky.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínkou k udělení zápočtu je vypracování návrhu jednoduchého nízkoteplotního zařízení nebo jednoduchého experimentu s využitím poznatků získaných v rámci předmětu.
Při nepřítomnosti v teoretické výuce nutno doplnit samostudiem, popřípadě řešením zadaného úkolu. Laboratorní cvičení je nutné absolvovat ve stanoveném termínu, popřípadě v individuálně domluveném termínu.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy fyziky a techniky nízkých teplot a s jejich použitím při návrhu kryogenních zařízení pro fyzikální experimenty, výzkum obecně, lékařství, energetiku, průmysl.
Student získá znalosti o fyzikálních jevech a vlastnostech látek za nízkých teplot (změny skupenství, změny tepelných, elektrických a mechanických vlastností látek, supravodivost, supratekutost, aj.), dále získá základy pro práci v laboratoři s nízkými teplotami 1,5 K až 300 K a pro návrh kryotechnických zařízení.

Základní literatura

Barron, R.F.: Cryogenic heat transfer, Taylor & Francis 1999, ISBN 1-56032-551-8
Jelínek, J., Málek, Z.: Kryogenní technika, VII.škola fyziky a techniky nízkých teplot, Luhačovice 1982, SNTL Praha 1982
Rotter Miloš: Fyzikální základy a technika nízkoteplotního experimentu, SNP Praha 1982

Doporučená literatura

Dúbravcová Viera: Vákuová a ultravákuová technika, Alfa , Bratislava 1992
Groszkowski Janusz: Technika vysokého vakua, SNTL Praha 1981
Šafrata, R.S., a kol. : Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, Universita Karlova 1998, ISBN 80-85863-19-7
Thermophysical Properties of Pure Fluids, počítačová databáze, NIST USA, 2000
Weisend, J.G. II, ed.by: Handbook of cryogenic engineering, Taylor & Francis 1998, ISBN 1-56032-332-9

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-FIN-P bakalářský 2 ročník, letní semestr, volitelný
    3 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, vlastnosti kryokapalin, principy chlazení, zásady práce s kryokapalinami, bezpečnost.
2. Metody dosahování nízkých teplot, zkapalňování a skladování kryotechnických plynů.
3. Fyzikální vlastnosti materiálů za nízkých teplot: měrné teplo, tepelná vodivost, roztažnost, pevnost, křehnutí, elektrická vodivost, supravodivost, …
4. Měřící technika v oboru nízkých teplot: měření teplot, tlaku, průtoku, měření magnetické indukce
5. Přenos tepla za nízkých teplot: vedení, konvekce, sálání, tepelné izolace v kryogenice.
6. Nízkoteplotní vakuová technika: kryočerpání, hledání vakuových netěsností, měření vakua
7. Návrh kryotechnických zařízení: volba materiálů, pevnostní výpočty, technologie spojování materiálů
8. Aplikace nízkých teplot: lékařství (zobrazování magnetickou rezonancí, kapalný kyslík), výzkum (spektroskopie, kosmický výzkum), aplikace supravodivosti, průmyslové využití (úprava materíálů, mražení potravin), …,

Laboratorní cvičení

10 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Osnova

1. Vybavení laboratoře nízkých teplot, bezpečnost práce - exkurze laboratoří
2. Práce s kryokapalinami (dusík, hélium),změny skupenství, demonstrace vlastností látek za nízkých teplot, supravodivost
3. Hledání vakuových netěsností, práce s hmotovým spektrometrem
4. Zkapalňování hélia
5. Kryočerpání