bajas temperaturas

Obtención de bajas temperaturas
    Para alcanzar y mantener bajas temperaturas, por lo general, se utilizan gases licuados (agentes frigoríficos). En un vaso de Dewar con gas licuado que se evapora a la presión atmosférica, se mantiene bastante bien la temperatura de ebullición constante del agente refrigerante. En la práctica se utilizan los siguientes agentes refrigerantes: aire (temperaturade ebullición, aproximadamente 80 K), nitrógeno (t.e. igual a 77.4 K), neón (t.e. 27.1 K), hidrógeno (t.e. 20.4 K) y helio (t.e. 4.2 K)
    Para obtener gases licuados se utilizan instalaciones especiales (de las que vamos a hablar ya que quedan fuera del objetivo de este trabajo).
    De esta manera se logra cubrir una amplia gama de temperaturas: desde 77 hasta 63 K con ayuda de nitrógenolíquido; desde 27 hasta 24 K con neón líquido; desde 20 hasta 14 K con hidrógeno líquido y desde 4.2 K hasta 1 K con helio líquido.
    Para la obtención de bajas temperaturas se emplean varios métodos. Por el método de desimanación adiabática de las sales paramagnéticas, se alcanzan temperaturas de aproximadamente 10-3 K. Por el mismo método utilizando el paramagnetismo nuclear, en un sistema denúcleos atómicos se alcanzan temperaturas de aproximadamente 10-6 K.
    Centrándonos en el helio, diremos que a la presión atmosférica, permanece líquido hasta la temperatura del cero absoluto. No obstante al evacuar los vapores del helio4 líquido (isótopo natural del helio), por lo general, no se consiguen temperaturas sensiblemente inferiores a 1 K. Mediante la evacuación de los vapores delisótopo helio3 se consiguen temperaturas de aproximadamente 0.3 K. Las temperaturas por debajo de 0.3 K se denominan súper bajas. Para alcanzar temperaturas del orden de varios mK, se aplica un método cómodo, que consiste en la disolución de helio3 líquido en helio4 líquido. Para estos fines se utilizan refrigeradores de disolución.
Puesto que es posible efectuar trabajo magnético sobre una muestra,variando el campo magnético aplicado, es posible también calentar o enfriar una muestra térmicamente aislada variando un campo magnético. Su análogo mecánico sería el de comprimir un gas en contacto con un baño térmico a baja temperatura y después llevar a cabo una descompresión adiabática, logrando el enfriamiento del gas por debajo de la temperatura del foco.
En 1933 se logró disminuir latemperatura de sulfato de gadolinio inicialmente a 3,4 K hasta 0,53 K utilizando un campo de 37 × 105 A/m. Con esta clase de métodos se ha logrado disminuir la temperatura hasta los 0,001 K.

Para llevar a cabo el proceso de desmagnetización adiabática se coloca una muestra de la sal paramagnética en un vaso que a su vez se coloca dentro de un vaso Dewar lleno de helio y todo el conjunto se coloca entrelos polos de un electroimán. Ver Fig. 6. La temperatura del helio líquido se mantiene entre 0,9 y 1,3 K mediante una bomba de vacío. Se aplica un campo magnético muy intenso y la muestra se magnetiza. Se produce una transferencia de calor (efecto magnetocalórico), en régimen isotermo, entre la muestra y el helio. Este calor se elimina al exterior. Se desconecta entonces el electroimán, el campomagnético cae a cero y se produce la desmagnetización adiabática de la muestra, con lo que la temperatura disminuye de acuerdo con la expresión.

Si la temperatura inicial de magnetización es del orden de 1 K, para obtener una temperatura final de 0,01 K se utilizan campos magnéticos de intensidad entre 1, 59 × 106 y 2 × 106 A/m.
Medición de bajas temperaturas
    Para medir temperaturas hasta1 K se utiliza principalmente el termómetro de gas.
Termómetro a presión de gas
Es físicamente idéntico al termómetro de dilatación de líquidos, consiste en un bulbo, un elemento de medida y un capilar que los une. El volumen del conjunto es constante y llenado con gas a presión. Con variaciones de temperatura, la presión del gas varía aproximadamente según la ley de los gases perfectos, y...