Criogenia
Código
10530
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Física
Créditos
3.0
Professor responsável
Maria Isabel Simões Catarino
Horas semanais
2
Total de horas
28
Língua de ensino
Português
Objectivos
1) Dar conhecimentos gerais sobre o que é a criogenia e a sua importância como “tecnologia fronteira” entre muitas ciências e engenharias como a termodinâmica, a física do estado sólido, a instrumentação, a metrologia, a tecnologia do vácuo, as tecnologias ligadas ao espaço, a medicina, etc.... Os exemplos de utilização da criogenia serão temas de exercícios de aplicação ao longo do semestre.
2) Fornecer ao aluno a capacidade para, em frente de um sistema criogénico, perceber rapidamente os princípios básicos do seu funcionamento. Face a um problema “simples” de criogenia (Sr Engenheiro, queria arrefecer 1 kg de cobre a 80 K, como que se faz ?), o aluno deverá saber, perante os requisitos específicos do pedido (caderno de encargos), propôr soluções adequadas, escolher uma e explicar as razões dessa escolha.
3) Fazer alguns cálculos simples que permitem dimensionar ou emitir um diagnóstico ou fornecer as ordens de grandeza envolvidas na concepção de um criostato.
Pré-requisitos
Elementos de termodinâmica (UC: Termodinâmica ou Física II) serão necessários (Energia interna e Entalpia, Capacidade específica, Condução térmica)
Conteúdo
1. HISTÓRIA E APLICAÇÕES DA CRIOGENIA 1.1. Supercondutividade 1.2. Espacial, aeroespacial 1.3. Medicina 1.4. Electrónica 1.5. Física do estado sólido 1.6. Criobombeamento 1.7. Outras
2. PROPRIEDADES DOS FLUIDOS CRIOGÉNICOS 2.1. Diagramas de fase, Pressão de vapor 2.2. Calor latente e entalpia 2.3. A superfluidez do hélio
3. PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS A BAIXAS TEMPERATURAS 3.1. Condutividade térmica 3.2. Condutividade eléctrica 3.3. Calor específico 3.4. Dilatação térmica
4. TÉCNICAS DE ARREFECIMENTO 4.1. LÍQUIDOS CRIOGÉNICOS 4.1.1. Escolha do líquido criogénico como IGNOREe fria 4.1.2. Segurança com líquidos criogénicos 4.2. CRIORREFRIGERADORES 4.2.1. Stirling 4.2.2. Gifford-Mac Mahon 4.2.3. Pulse Tube 4.3. LIQUEFACTORES 4.3.1. Expansão de joule-Thomson
5. TÉCNICAS DE MEDIDA 5.1. Ligações eléctricas 5.2. Termometria 5.2.1. Resistência metálica 5.2.2. Resistência semicondutora 5.2.3. Condensador 5.2.4. Diodo 5.2.5. Termopar 5.3. Trocas de calor e isolamento térmico
6. CRIOSTATOS 6.1. Nível do líquido: medição e manutenção 6.2. Campos magnéticos intensos e supercondutividade
Bibliografia
The Art of Cryogenics, G. Ventura & L. Risegari, Elsevier 2010
Criogenia: elementos para apoio às aulas, I. Catarino, FCT/UNL 2015
Método de ensino
Aulas de exposição e exercícios de aplicação, prática laboratorial, visitas de estudo.
Método de avaliação
Teórico-Prática: 2 mini testes ou exame (70%)
Laboratorial: 1 trabalho com relatório (30%)