Хронология низкотемпературных технологий

Ниже приведена хронология низкотемпературной технологии и криогенной технологии ( охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю, т. е. –273,15 °C, –459,67 °F или 0 K). [ ^1] Также перечислены важные вехи в термометрии , термодинамике , статистической физике и калориметрии , которые имели решающее значение для разработки низкотемпературных систем.

До 19 века

• ок.  1700 г. до н.э. – Зимри-Лим , правитель Мари в Сирии, приказал построить один из первых ледяных домов недалеко от Евфрата . ^[2]
• ок.  500 г. до н.э. – Яхчал (что означает «ледяная яма» на персидском языке) — древний персидский тип холодильника. Конструкция была сформирована из раствора, устойчивого к передаче тепла, в форме купола. Снег и лед хранились под землей, что фактически обеспечивало доступ ко льду даже в жаркие месяцы и позволяло длительное сохранение продуктов . Часто бадгир соединялся с яхчалом , чтобы замедлить потерю тепла. Современные холодильники по-прежнему называются яхчалом на персидском языке.
• около  60 г. н. э. — Герон Александрийский знал о принципе, согласно которому некоторые вещества, в частности воздух, расширяются и сжимаются, и описал демонстрацию, в которой закрытая трубка, частично заполненная воздухом, имела конец в сосуде с водой. ^[3] Расширение и сжатие воздуха приводило к перемещению положения границы раздела вода/воздух вдоль трубки. Это был первый установленный принцип поведения газа в зависимости от температуры и принцип первых термометров позже. Идея могла предшествовать ему даже больше ( Эмпедокл из Агригента в своей книге «О природе» 460 г. до н. э.).
• 1396 г. н. э. — В Ханьяне (ныне Сеул, Корея) были построены склады для хранения льда, которые назывались «Дон-бинг-го-танго» (что означает «восточный склад для хранения льда») и Со-бинг-го («западный склад для хранения льда»). В зданиях хранился лед, который собирали с замерзшей реки Хан в январе (по лунному календарю). Склад был хорошо изолирован, обеспечивая королевские семьи льдом в летние месяцы. ^{[ необходима цитата ]} Эти склады были закрыты в 1898 г. н. э., но здания все еще сохранились в Сеуле.
• 1593 – Галилео Галилей строит первый современный термоскоп . Но возможно, что изобретение было сделано Санторио Санторио или независимо около того же времени Корнелисом Дреббелем . Принцип работы был известен еще в Древней Греции .
• в.  1611–1613 — Франческо Сагредо или Санторио Санторио нанес числовую шкалу на термоскоп.
• 1617 – Джузеппе Бьянкани публикует первую четкую схему термоскопа.
• 1638 г. – Роберт Фладд описывает термометр со шкалой, используя принцип воздушного термометра со столбом воздуха и жидкой водой.
• 1650 г. – Отто фон Герике спроектировал и построил первый в мире вакуумный насос и создал первый в мире вакуум, известный как Магдебургские полушария, чтобы опровергнуть давнее предположение Аристотеля о том, что « Природа не терпит пустоты ».
• 1656 г. – Роберт Бойль и Роберт Гук построили воздушный насос по этой конструкции.
• 1662 – Закон Бойля (газовый закон, связывающий давление и объем) продемонстрирован с помощью вакуумного насоса.
• 1665 – Бойль выдвигает теорию минимальной температуры в «Новых экспериментах и ​​наблюдениях, касающихся холода» .
• 1679 – Дени Папен – предохранительный клапан
• 1702 г. – Гийом Амонтон впервые вычисляет абсолютный ноль , равный -240 °C, используя воздушный термометр собственного изобретения (1702 г.), предположив, что в этой точке газ достигнет нулевого объема и нулевого давления.
• 1714 – Даниэль Габриэль Фаренгейт изобрел первый надежный термометр, используя ртуть вместо смесей спирта и воды.
• 1724 г. – Даниэль Габриэль Фаренгейт предлагает шкалу Фаренгейта, которая имела более тонкую шкалу и большую воспроизводимость, чем у конкурентов.
• 1730 г. – Рене Антуан Фершо де Реомюр изобрел спиртовой термометр, а его температурная шкала в конечном итоге оказалась менее надежной, чем ртутный термометр Фаренгейта.
• 1742 – Андерс Цельсий предложил шкалу с нулем в точке кипения и 100 градусами в точке замерзания воды. Позже она была изменена на обратную по предложению Шведской академии наук.
• 1755 г. — Уильям Каллен использовал насос для создания частичного вакуума над емкостью с диэтиловым эфиром , который затем кипел , поглощая тепло из окружающего воздуха. ^[4]
• 1756 – Первая задокументированная публичная демонстрация искусственного охлаждения Уильямом Калленом ^[5]
• 1782 – Антуан Лавуазье и Пьер-Симон Лаплас изобретают ледяной калориметр
• 1784 – Гаспар Монж с помощью Клуэ впервые сжижил чистый газ, получив жидкий диоксид серы . ^{[6] [7]}
• 1787 – Закон Шарля (газовый закон, связывающий объем и температуру)
• 1799 – Мартин ван Марум и Адриан Паетс ван Трооствейк сжали аммиак, чтобы проверить, подчиняется ли он закону Бойля. Они обнаружили, что при комнатной температуре и 7 атм газообразный аммиак конденсируется в жидкость. ^[7]

19 век

• 1802 – Джон Дальтон написал «о приводимости всех упругих жидкостей любого рода к жидкостям».
• 1802 г. – Закон Гей-Люссака (газовый закон, связывающий температуру и давление).
• 1803 – Домашний холодильник
• 1803 – Томас Мур из Балтимора, штат Мэриленд, получил патент на охлаждение. ^[8]
• 1805 г. – Оливер Эванс сконструировал первую холодильную машину замкнутого цикла, основанную на парокомпрессионном холодильном цикле.
• 1809 – Джейкоб Перкинс запатентовал первую холодильную машину.
• 1810 – Джон Лесли замораживает воду, превращая ее в лед, используя воздушный насос .
• 1811 – Закон Авогадро
• 1823 – Майкл Фарадей сжижил Cl ₂ ^[9]
• 1824 – Сади Карно – Цикл Карно
• 1834 – Закон идеального газа Эмиля Клапейрона
• 1834 – Эмиль Клапейрон характеризует фазовые переходы между двумя фазами в форме соотношения Клаузиуса–Клапейрона .
• 1834 – Джейкоб Перкинс получил первый патент на парокомпрессионную холодильную систему.
• 1834 – Жан-Шарль Пельтье открывает эффект Пельтье
• 1844 – Чарльз Пиацци Смит предлагает комфортное охлаждение ^[10]
• 1850 г. – Майкл Фарадей выдвигает гипотезу о том, что замораживание веществ увеличивает их диэлектрическую проницаемость.
• 1851 – Джон Горри запатентовал в США свою механическую холодильную машину для производства льда для охлаждения воздуха ^{[11] [12]}
• 1852 – Джеймс Прескотт Джоуль и Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин, открывают эффект Джоуля-Томсона
• 1856 г. – Джеймс Харрисон запатентовал систему охлаждения с компрессией жидкости и пара эфира и разработал первую практическую камеру для производства льда и охлаждения для использования в пивоваренной и мясоперерабатывающей промышленности в Джилонге , штат Виктория, Австралия.
• 1856 – Август Крёниг разработал упрощенное обоснование кинетической теории газов .
• 1857 – Рудольф Клаузиус создает сложную теорию газов, учитывающую все степени свободы , а также выводит из основных принципов соотношение Клаузиуса–Клапейрона .
• 1857 – Карл Вильгельм Сименс , цикл Сименса
• 1858 г. – Юлиус Плюккер впервые наблюдал эффект накачки, вызванный электрическим разрядом.
• 1859 – Джеймс Клерк Максвелл определяет распределение скоростей и кинетической энергии в газе, объясняет возникающие свойства температуры и тепла и создает первый закон статистической механики.
• 1859 – Фердинанд Карре – Первая система газового абсорбционного охлаждения, использующая газообразный аммиак, растворенный в воде (называемый «водным аммиаком»).
• 1862 – Александр Карнеги Кирк изобретает машину воздушного цикла
• 1864 – Шарль Телье запатентовал холодильную систему с использованием диметилового эфира.
• 1867 - Таддеус С.К. Лоу запатентовал систему охлаждения с использованием углекислого газа , а в 1869 году создал машину для производства льда с использованием сухого углекислого газа. В том же году Лоу купил пароход и установил на нем холодильное устройство на основе компрессора для перевозки замороженного мяса.
• 1867 — Французский иммигрант Эжен Доминик Николь растворил аммиак в воде , чтобы достичь температуры -20°C в герметичной комнате. Вместе с другим новым австралийцем, промышленником сэром Томасом Мортом , который в 1867 году построил первый морозильник, используя эту идею в Балмейне , и с помощью политика из Нового Южного Уэльса Августа Морриса , преодолели недоверие общественности к замороженным продуктам, раскрыв этот факт влиятельной аудитории (после их государственного обеда) 2 сентября 1875 года. ^[13]
• 1869 – Шарль Телье построил холодильную установку во Франции.
• 1869 – Томас Эндрюс открывает существование критической точки в жидкостях.
• 1871 – Карл фон Линде построил свою первую машину для сжатия аммиака .
• около 1873 г. – Ван дер Ваальс публикует и предлагает модель реального газа, названную позже уравнением Ван дер Ваальса .
• 1875 г. - Рауль Пикте разрабатывает холодильную машину, использующую диоксид серы для борьбы с проблемами высокого давления аммиака при использовании в тропическом климате (в основном для перевозки мяса).
• 1876 ​​– Карл фон Линде запатентовал оборудование для сжижения воздуха с использованием процесса расширения Джоуля-Томсона и регенеративного охлаждения ^[14]
• 1877 – Рауль Пикте и Луи Поль Кайете , работая отдельно, разрабатывают два метода сжижения кислорода .
• 1879 – Машина Белла-Коулмена
• 1882 – Уильям Солтау Дэвидсон установил компрессионную холодильную установку на новозеландском судне «Данедин».
• 1883 – Зигмунт Врублевский конденсирует экспериментально полезные количества жидкого кислорода
• 1885 – Зигмунт Врублевский опубликовал критическую температуру водорода, которая составляет 33 К, критическое давление – 13,3 атмосферы, а температуру кипения – 23 К.
• 1888 г. – Лофтус Перкинс разрабатывает холодильную камеру « Арктос » для сохранения продуктов питания, используя раннюю систему поглощения аммиака.
• 1892 – Джеймс Дьюар изобретает сосуд Дьюара из посеребренного стекла с вакуумной изоляцией.
• 1894 г. - Марсель Одиффрен , французский монах -цистерцианец , запатентовал устройство с ручным приводом, которое не допускало утечки хладагента в атмосферу.
• 1895 г. – Карл фон Линде подает заявку на патентную защиту цикла Хэмпсона–Линде для сжижения атмосферного воздуха или других газов (одобрен в 1903 г.).
• 1898 – Джеймс Дьюар конденсирует жидкий водород , используя регенеративное охлаждение и свое изобретение – вакуумную колбу .

20 век

• 1905 – Карл фон Линде получает чистый жидкий кислород и азот .
• 1906 – Уиллис Кэрриер патентует основу современного кондиционирования воздуха .
• 1908 — Хайке Камерлинг-Оннес сжижает гелий .
• 1911 – Хайке Камерлинг-Оннес раскрывает свои исследования металлического низкотемпературного явления, характеризующегося отсутствием электрического сопротивления, называя его сверхпроводимостью .
• 1915 – Вольфганг Геде – Диффузионный насос
• 1920 – Эдмунд Коупленд и Гарри Эдвардс используют изобутан в небольших холодильниках.
• 1922 г. – Бальцар фон Платен и Карл Мунтерс изобретают абсорбционный охладитель с тремя жидкостями, работающий исключительно за счет тепла.
• 1924 – Фернан Хольвек – насос Хольвека
• 1926 – Альберт Эйнштейн и Лео Силард изобретают холодильник Эйнштейна .
• 1926 – Виллем Хендрик Кеезом получает гелий в твердом виде.
• 1926 – Компания General Electric представила первый герметичный компрессорный холодильник.
• 1929 г. — Дэвид Форбс Кит из Торонто, Онтарио, Канада, получил патент на « Ледяной мяч» , который помог сотням тысяч семей пережить « грязные тридцатые» .
• 1933 – Уильям Джиок и другие – Адиабатическое размагничивающее охлаждение
• 1937 – Петр Леонидович Капица , Джон Ф. Аллен и Дон Мизенер открывают сверхтекучесть, используя гелий-4 при 2,2 К.
• 1937 – Франс Мишель Пеннинг изобретает тип вакуумметра с холодным катодом, известный как вакуумметр Пеннинга.
• 1944 – Манне Зигбан , насос Зигбана.
• 1949 – С.Г. Сидоряк, Э.Р. Грилли, Э.Ф. Хаммель, первые измерения чистого 3He в диапазоне 1 К
• 1950 г. — изобретение так называемого охладителя Гиффорда-Мак-Магона К. В. Таконисом (патент US2,567,454)
• 1951 – Хайнц Лондон изобретает принцип работы холодильника растворения.
• 1955 – Концепция турбомолекулярного насоса Вилли Беккера ^[15]
• 1956 – Г.К. Уолтерс, В.М. Фэрбэнк, открытие фазового разделения в смесях 3He-4He
• 1957 – Ионный насос Льюиса Д. Холла, Роберта Л. Джепсена и Джона К. Хелмера, основанный на разряде Пеннинга
• 1959 – Цикл Клееменко
• 1960 г. — Переосмысление охладителя Гиффорда-Макмахона Х.О. Макмахоном и У.Э. Гиффордом.
• 1965 – Д.О. Эдвардс и другие открыли конечную растворимость 3He в 4He при 0К
• 1965 – П. Дас, Р. де Брюин Уботер, К.В. Таконис, холодильник для однократного разбавления ^[16]
• 1966 – Г. Э. Холл, П. Дж. Форд, К. Томсон, холодильник непрерывного разбавления
• 1972 – Дэвид Ли , Роберт Коулман Ричардсон и Дуглас Ошерофф открывают сверхтекучесть гелия-3 при температуре 0,002 К.
• 1973 – Линейный компрессор
• 1978 г. – Лазерное охлаждение продемонстрировано в группах Уайнленда и Демельта.
• 1983 г. — Микулин, Тарасов и Шкребёнок изобрели импульсный холодильник с диафрагмой.
• 1986 – Карл Александр Мюллер и Й. Георг Беднорц открывают высокотемпературную сверхпроводимость.
• 1995 – Эрик Корнелл и Карл Виман создают первый ^[17] конденсат Бозе-Эйнштейна , используя разбавленный газ рубидия-87, охлажденный до 170 нК. Они получили Нобелевскую премию по физике в 2001 году за БЭК.
• 1999 – DJ Cousins ​​и другие, холодильник растворения, достигающий 1,75 мК
• 1999 - Текущий мировой рекорд самой низкой температуры был установлен на уровне 100 пикокельвинов (пК), или 0,000 000 000 1 кельвина, путем охлаждения ядерных спинов в куске металлического родия . ^[18]

21 век

• 2000 - В ходе эксперимента в Лаборатории низких температур Хельсинкского технологического университета в Эспоо , Финляндия , были зарегистрированы температуры ядерного спина ниже 100 пК . Однако это была температура одной конкретной степени свободы – квантового свойства, называемого ядерным спином, – а не общая средняя термодинамическая температура для всех возможных степеней свободы. ^{[19] [20]}
• 2014 г. — Ученые из коллаборации CUORE в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Италии охладили медный сосуд объемом один кубический метр до 0,006 кельвина (−273,144 °C; −459,659 °F) в течение 15 дней, установив рекорд самой низкой температуры в известной Вселенной в таком большом непрерывном объеме ^[21]
• 2015 г. — Физики-экспериментаторы из Массачусетского технологического института (MIT) успешно охладили молекулы в газе натрия и калия до температуры 500 нанокельвинов, и ожидается, что при дальнейшем охлаждении этих молекул будет обнаружено экзотическое состояние вещества . ^[22]
• 2015 г. — Группа физиков-атомщиков из Стэнфордского университета использовала метод линзирования материальных волн для охлаждения образца атомов рубидия до эффективной температуры 50 пК вдоль двух пространственных измерений. ^[23]
• 2017 - Лаборатория холодных атомов (CAL), экспериментальный инструмент, запущенный на Международную космическую станцию ​​(МКС) в 2018 году. ^[24] Инструмент создает чрезвычайно холодные условия в среде микрогравитации МКС, что приводит к образованию конденсатов Бозе-Эйнштейна , которые на порядок холоднее тех, что создаются в лабораториях на Земле. В этой космической лаборатории, как ожидается, будут достигнуты время взаимодействия до 20 секунд и температура до 1 пикокельвина ( К), и это может привести к исследованию неизвестных квантово-механических явлений и проверке некоторых из самых фундаментальных законов физики. ^{[25] [26]} ${\displaystyle 10^{-12}}$

Смотрите также

• Список временных рамок
• Сжижение газов
• История сверхпроводимости
• История термодинамики
• Хронология развития технологий измерения температуры и давления
• Хронология термодинамики, статистической механики и случайных процессов
• Промышленный газ

Ссылки

1. Мартынов, А. В. (1976). «Терминология низкотемпературной технологии (обсуждение)». Химическая и нефтяная инженерия . 12 (5): 470–472. doi :10.1007/BF01146769. S2CID  110774259.
2. Стефани Далли (1 января 2002 г.). Мари и Карана: два старых вавилонских города. Gorgias Press LLC. стр. 91. ISBN 978-1-931956-02-4.
3. Т. Д. Макги (1988) Принципы и методы измерения температуры ISBN 0-471-62767-4 
4. Арора, Рамеш Чандра (30 марта 2012 г.). "Механическое паровое компрессионное охлаждение". Холодильное оборудование и кондиционирование воздуха . Нью-Дели, Индия: PHI Learning. стр. 3. ISBN 978-81-203-3915-6.
5. Уильям Каллен, «О холоде, производимом испарением жидкостей, и о некоторых других способах получения холода», в книге «Очерки и наблюдения физические и литературные, прочитанные перед обществом в Эдинбурге и опубликованные им», II, (Эдинбург, 1756 г.)
6. Татон, Рене (1952). «Quelques précisions sur le chimiste Clouet et deux de ses omonymes». Revue d'Histoire des Sciences et de Leurs Applications . 5 (4): 359–367. дои : 10.3406/rhs.1952.2972. JSTOR  23905084.
7. Wisniak, Jaime. «Луи Поль Кайете — Сжижение постоянных газов». (2003).
8. "1803 – Thomas Moore". Архивировано из оригинала 2016-03-04 . Получено 2008-09-06 .
9. Мендельсон, Курт. «В поисках абсолютного нуля: значение физики низких температур». (1977).
10. 1844 – Чарльз Пиацци Смит Архивировано 10 февраля 2012 г. на Wayback Machine
11. 1851 Джон Горри
12. "Patent Images" . Получено 15 марта 2015 г. .
13. Дж. Т. Кричелл и Дж. Рэймонд (Constable & Co., Лондон: 1912), История торговли замороженным мясом.
14. "app-a1" . Получено 15 марта 2015 г. .
15. Хронология вакуумной науки и технологий
16. – обзор». Криогеника . 121. doi :10.1016/j.cryogenics.2021.103390. ISSN  0011-2275. S2CID  244005391.
17. "Новое состояние материи, наблюдаемое вблизи абсолютного нуля". NIST. Архивировано из оригинала 2010-06-01.
18. "Мировой рекорд низких температур". Архивировано из оригинала 2009-06-18 . Получено 2009-05-05 .
19. Кнууттила, Тауно (2000). Ядерный магнетизм и сверхпроводимость родия. Эспоо, Финляндия: Хельсинкский технологический университет. ISBN 978-951-22-5208-4. Архивировано из оригинала 2001-04-28 . Получено 2008-02-11 .
20. "Низкотемпературный мировой рекорд" (пресс-релиз). Лаборатория низких температур, Текниллинен Коркеакоулу. 8 декабря 2000 г. Архивировано из оригинала 2008-02-18 . Получено 2008-02-11 .
21. "CUORE: Самое холодное сердце в известной Вселенной". Пресс-релиз INFN . Получено 21 октября 2014 г.
22. "Команда MIT создает ультрахолодные молекулы". Массачусетский технологический институт, Массачусетс, Кембридж . 10 июня 2015 г.
23. Ковачи, Тим; Хоган, Джейсон М.; Шугарбейкер, Алекс; Дикерсон, Сюзанна М.; Доннелли, Кристин А.; Оверстрит, Крис; Касевич, Марк А. (2015). «Волновое линзирование материи при пикокельвиновых температурах». Physical Review Letters . 114 (14): 143004. arXiv : 1407.6995 . Bibcode : 2015PhRvL.114n3004K. doi : 10.1103/PhysRevLett.114.143004 . PMID  25910118.
24. "Самая крутая наука, когда-либо отправленная на космическую станцию". Наука | AAAS . 2017-09-05 . Получено 2017-09-24 .
25. "Миссия Лаборатории Холодного Атома". Лаборатория Реактивного Движения . НАСА. 2017. Архивировано из оригинала 29.03.2013 . Получено 22.12.2016 .
26. "Лаборатория холодных атомов создает атомный танец". Новости НАСА . 26 сентября 2014 г. Получено 21 мая 2015 г.

Внешние ссылки

• История охлаждения