Descubre las ventajas de la criogenia en esta guía completa

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La criogenia se define como el estudio científico de los materiales y su comportamiento a temperaturas extremadamente bajas . La palabra proviene 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. Un científico que estudia la criogenia se llama criogenista . Un material criogénico puede denominarse criógeno . Aunque las temperaturas frías se pueden informar usando cualquier escala de temperatura, las escalas Kelvin y Rankine son las más comunes porque son escalas absolutas que tienen números positivos.

Exactamente qué tan fría debe estar 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 por debajo de ?180 °C (93,15 K; ?292,00 °F), que es una temperatura por encima de la cual los refrigerantes comunes (p. ej., sulfuro de hidrógeno, freón) son gases y por debajo de los cuales los "gases permanentes" (p. ej., aire, nitrógeno, oxígeno, neón, hidrógeno, helio) son líquidos. También hay un campo de estudio llamado "criogenia de alta temperatura", que involucra temperaturas por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido a presión ordinaria (-195,79 °C (77,36 K; -320,42 °F), hasta -50 °C (223,15 K; ?58,00 °F).

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

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

Fluidos criogénicos

Los siguientes fluidos se usan con mayor frecuencia en criogenia:

Líquido

Punto de ebullición (K)

Helio-3

3.19

Helio-4

4.214

Hidrógeno

20.27

Neón

27.09

Nitrógeno

77.36

Aire

78.8

Flúor

85.24

Argón

87.24

Oxígeno

90.18

Metano

111.7

Usos de la criogenia

Hay 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 al sobreenfriar los electroimanes con criógenos. La resonancia magnética nuclear (RMN) es una aplicación de la RMN que utiliza helio líquido . Las cámaras infrarrojas frecuentemente requieren 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 y comidas especiales. La congelación de materiales con criógenos puede volverlos lo suficientemente frágiles como para romperlos en pedazos pequeños para reciclarlos. Las temperaturas criogénicas se utilizan para almacenar muestras de tejido y sangre y para conservar muestras experimentales. El enfriamiento criogénico de superconductores puede usarse para aumentar la transmisión de energía eléctrica para las grandes ciudades. El procesamiento criogénico se utiliza como parte de algunos tratamientos de aleaciones y para facilitar las reacciones químicas a baja temperatura (p. ej., para fabricar estatinas).La molienda criogénica se utiliza para moler materiales que pueden ser demasiado blandos o elásticos para ser molidos a temperaturas normales. El enfriamiento de 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 su uso en microgravedad para formar condensados ??de Bose Einstein (alrededor de 1 pico Kelvin de temperatura) y probar las leyes de la mecánica cuántica y otros principios físicos.

Disciplinas criogénicas

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

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

Criocirugía : esta es una rama de la cirugía en la que se utilizan temperaturas criogénicas para matar tejidos no deseados o malignos, como células cancerosas o lunares.

S crioelectrónicos : 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 denomina criotrónica .

Criobiología : este es el estudio de los efectos de las bajas temperaturas en los organismos, incluida la preservación de organismos, tejidos y material genético mediante la crioconservación .

Dato curioso sobre la criogenia

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Si bien la criogenia generalmente implica una temperatura por debajo del punto de congelación del nitrógeno líquido pero por encima del cero absoluto, los investigadores han logrado temperaturas por debajo del cero absoluto (las llamadas temperaturas Kelvin negativas). En 2013, Ulrich Schneider en la Universidad de Munich (Alemania) enfrió el gas por debajo del cero absoluto, lo que supuestamente lo hizo más caliente en lugar de más frío.

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