4 ของไหลที่ถูกนำมาใช้ในไครโอเจนิกส์
ของไหลที่ใช้ในทางไครโอเจนิกส์
1 การเปลี่ยนสถานะ
เมื่อสสารถูกเปลี่ยนสถานะหนึ่ง ไปสู่อีกสถานะหนึ่ง เช่น น้ำแข็งเปลี่ยนไปเป็นน้ำ สถานะจะเปลี่ยนแต่ทว่า โมเลกุลจะไม่เปลี่ยน จะมีความสัมพันธ์ของสถานะที่เกิดขึ้นนั้นก็คือ โมเลกุลของของแข็งจะอยู่ชิดกัน เคลื่อนที่ได้ยากรูปร่างมักคงที่ไม่เปลี่ยน
รูปการเปลี่ยนสถานะของน้ำ
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
ส่วนโมเลกุลของของไหลโมเลกุลจะอยู่ห่างกันแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลมีน้อยและเคลื่อนที่ได้ง่ายกว่าของเหลวจึงสามารถไหลได้อย่างอิสระรูปร่างจะเปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ
2 กฎของก๊าซ
1. ความดันกับการขยายตัวของก๊าซจะเป็นอัตราส่วนที่แน่นอนที่อุณหภูมิสัมบูรณ์
2. ปริมาตร และความดันสัมบูรณ์ของก๊าซมีการเปลี่ยนแปลงในอัตราส่วนที่แน่นอน ที่อุณหภูมิสัมบูรณ์
3. อุณหภูมิ และปริมาณ น้ำหนักก๊าซ มีการเปลี่ยนแปลงแบบผกผันที่ความดันสัมบูรณ์
จากทั้ง 3 ข้อที่กล่าวมาเราจะสามารถเขียนสมการได้ดังนี้
P x V = k x T
กำหนดให้ P = ความดันสัมบูรณ์ (lb/in2, N/mm2)
V = ปริมาตรจำเพาะ (ft3/lb, m3/kg)
T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (K)
k = ค่าคงที่ (k ของอากาศ = 0.37)
3 ของไหลที่ใช้ในระบบไครโอเจนิกส์
3.1 ไนโตรเจน (Nitrogen: N2)
รูปสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุไนโตรเจน
ไนโตรเจนเหลวจัดว่าเป็นก๊าซเฉื่อย, ไม่มีสี, ไม่มีกลิ่น, ไม่กัดกร่อน, มีความเย็นยวดยิ่ง และไม่ติดไฟ อัตราการขยายตัวของไนโตรเจน 1: 694
รูปก๊าซไนโตรเจน
ถ้าเกิดอุบัติเหตุรั่วไหลขึ้น บริเวณนั้นจะเป็นจุดอับออกซิเจน (การละลายของก๊าซออกซิเจนในอากาศจะต่ำกว่าระดับความจำเป็นในการหล่อเลี้ยงชีวิต) จะทำให้หายใจไม่ออก และถ้าบริเวณนั้นมีสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นก็จะตายในที่สุด
3.2 อาร์กอน (Argon: Ar)
รูปสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุอาร์กอน
อาร์กอนเหลวจัดว่าเป็นก๊าซเฉื่อย, ไม่มีสี, ไม่มีกลิ่น, ไม่กัดกร่อน, มีความเย็นยวดยิ่ง และไม่ติดไฟ อัตราการขยายตัวของอาร์กอน 1: 840
รูปตัวอย่างการนำก๊าซอาร์กอนมาใช้เป็นหลอดพลาสม่า (Plasma lamp)
ถ้าเกิดอุบัติเหตุรั่วไหลบริเวณนั้นจะเป็นจุดอับออกซิเจน จะหายใจไม่ออก และถ้าบริเวณนั้นมีสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นก็จะตายในที่สุด
3.3 ฮีเลียม (Helium: He)
รูปสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุฮีเลียม
ฮีเลี่ยมเหลวจัดว่าเป็นก๊าซเฉื่อย, ไม่มีสี, ไม่มีกลิ่น, ไม่กัดกร่อน, มีความเย็นยวดยิ่ง และไม่ติดไฟ อัตราการขยายตัวของฮีเลียม 1: 700
รูปลูกโป่งสวรรค์ ภายในบรรจุก๊าซฮีเลียม
ถ้าเกิดอุบัติเหตุรั่วไหลบริเวณนั้นจะเป็นจุดอับออกซิเจน จะหายใจไม่ออก และถ้าบริเวณนั้นมีสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นก็จะตายในที่สุด
3.4 ไฮโดรเจน (Hydrogen: H2)
รูปสัญลักษณ์ทางเคมีของธาตุไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนเหลว เป็นสารไวไฟ, ไม่มีสี, ไม่มีกลิ่น, ไม่กัดกร่อน และมีความเย็นยวดยิ่ง 700 ถ้าเกิดอุบัติเหตุรั่วไหลบริเวณนั้นจะเป็นจุดอับออกซิเจน จะหายใจไม่ออก ตาย และเสี่ยงต่อการเกิดระเบิดได้
รูปรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง ที่ใช้พลังงานจากไฮโดรเจน
|
จุดเดือด
|
จุดเยือกแข็ง
|
อุณหภูมิวิกฤติ
|
ความดันวิกฤติ
Psia (atm)
|
K
|
°F
|
°C
|
K
|
°F
|
°C
|
K
|
°F
|
°C
|
N2
|
77.32
|
-320.5
|
-195.8
|
63.4
|
-320.5
|
-210.0
|
126.1
|
-232.4
|
-146.9
|
493 (33.5)
|
Ar
|
87.4
|
-297.6
|
-185.9
|
63.46
|
-308.9
|
-189.4
|
150.8
|
-188.4
|
-122.4
|
705 (48.0)
|
He
|
4.26
|
-452.1
|
-268.9
|
-
|
-458.0
|
-272.2
|
5.2
|
-450.3
|
-268.0
|
33.2 (2.26)
|
H2
|
20.43
|
-423.0
|
-252.5
|
13.98
|
-431.4
|
-259.14
|
32.976
|
-399.9
|
|
12.76 atm
|
ตารางที่ 2 แสดงอุณหภูมิและความดันของสารที่นำไปใช้กับระบบไครโอเจนิกส์
ทำการเปรียบเทียบจุดเดือดของสารทำความเย็น R-22 กับสารที่ใช้กับระบบไครโอเจนิกส์
สารที่ใช้ทำความเย็น
|
จุดเดือด
|
°F
|
°C
|
K
|
R-22
|
-41.4
|
-40.76
|
232.4
|
AR
|
-297.6
|
-185.76
|
87.4
|
H2
|
-423.0
|
-252.73
|
20.43
|
O2
|
-297.3
|
-183.03
|
90.13
|
N2
|
-350.5
|
-195.78
|
77.35
|
He
|
-452.1
|
-268.9
|
4.26
|
Ne
|
-410.4
|
-245.95
|
27.21
|
ตารางที่ 3 เปรียบเทียบจุดเดือดของสารที่ใช้ทำความเย็น
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“บ้านเราที่น่าอยู่ ไม่จำเป็นที่จะต้องหรูหรา
แค่ สามารถทำให้พร้อมหน้าพร้อมตากัน เวลาทานข้าวก็พอ”