Dzięki uprzejmości pana Dr Grzegrza Grabeckiego z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie, al. Lotników 32/46, mogłem zobaczyć urządzenia, które pozwalają uzyskać bardzo niskie temperatury, oraz wykonać kilka efektownych eksperymentów w temperaturze ciekłego azotu.

Fizyka niskich temperatur jest naprawdę ciekawą i efektowną dziedziną. Materia w tych warunkach drastycznie zmienia swe właściwości zarówno makroskopowe, które możemy zobaczyć gołym okiem, jak i mikroskopowe - do których obserwacji potrzebny jest superczuły i skomplikowany sprzęt. W temperaturach ultra niskich, rzędu 10 - 100 mK zaczynają ujawniać się zjawiska kwantowe, które jeszcze nie zostały do końca poznane, a które bada się m.in. w Instytucie Fizyki PAN.

Na początek zaczniemy jednak od temperatur stosunkowo wysokich w porównaniu z tymi, o których napiszę później. Będzie to temperatura -196 ^oC - czyli temperatura ciekłego azotu (LN₂ liquid nitrogen) Oczywiście, w odniesieniu do naszego codziennego życia taka temperatura jest naprawdę niska i by skutecznie przechowywać ciekły azot potrzebny jest pojemnik z bardzo dobrą izolacją cieplną. Takim pojemnikiem jest Naczynie Dewara - duży metalowy termos, którego ścianki składają się z dwóch warstw z pomiędzy których usunięto powietrze. Próżnia ma najmniejszy współczynnik przewodnictwa cieplnego i ciekły azot nie może pobierać ciepła z otoczenia dzięki czemu tempo parowania jest małe. Oczywiście w praktyce trochę ciepła zawsze przeniknie i pewna część azotu zawsze odparowuje, dlatego każde naczynie Dewara ma zawór bezpieczeństwa przez które ulatnia się nadmiar gazowego azotu. Z tego też względu np. w windzie, w której przewozi się zbiorniki z ciekłym azotem nie mogą znajdować się ludzie. Zdarzył się wypadek, w którym winda zatrzymała się awaryjnie na półpiętrze i uwięziła człowieka razem z naczyniem dewara pełnym LN₂. Człowiek ten udusił się, gdyż parujący azot wkrótce wyparł tlen z windy.

Pierwszym eksperymentem jaki pokaże będzie zmiana właściwości mechanicznych potocznie wykorzystywanej gumy. W temperaturze pokojowej jest ona giętka i sprężysta. Ale gdy schłodzimy ją do temperatury LN₂ ta własność bardzo się zmieni.

Przelewamy ciekły azot z Naczynia Dewara do bardziej poręcznego pojemnika.

Po wprowadzeniu do cieczy gumowej rurki rozpoczyna się natychmiastowe wrzenie. Podobnie woda zacznie wrzeć gdy wprowadzimy do niej rozgrzany pręt. Wszystko za sprawą bardzo dużej różnicy temperatur.

Jak widać giętka i sprężysta przed schłodzeniem rurka stała się twarda i bardzo krucha. Wystarczyło delikatne uderzenie by się pokruszyła. Z tego względu np. na Syberii nie wolno używać narzędzi metalowych w temperaturach poniżej -40 ^oC. Stają się kruche i mogą ulec uszkodzeniu.