Kryogenika (FSI-TK0)

Akademický rok 2023/2024
Garant: Ing. Pavel Urban, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je seznámit studenty se základy fyziky a techniky nízkých teplot a s jejich použitím při návrhu kryogenních zařízení pro fyzikální experimenty, výzkum obecně, lékařství, energetiku, průmysl.
Výstupy studia a kompetence:
Student získá znalosti o fyzikálních jevech a vlastnostech látek za nízkých teplot (změny skupenství, změny tepelných, elektrických a mechanických vlastností látek, supravodivost, supratekutost, aj.), dále získá základy pro práci v laboratoři s nízkými teplotami 1,5 K až 300 K a pro návrh kryotechnických zařízení.
Prerekvizity:
Základní kurz obecné fyziky.
Obsah předmětu (anotace):
Teoretická a praktická výuka základů fyziky nízkých teplot a kryotechniky.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínkou k udělení zápočtu je vypracování návrhu jednoduchého nízkoteplotního zařízení nebo jednoduchého experimentu s využitím poznatků získaných v rámci předmětu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Při nepřítomnosti v teoretické výuce nutno doplnit samostudiem, popřípadě řešením zadaného úkolu. Laboratorní cvičení je nutné absolvovat ve stanoveném termínu, popřípadě v individuálně domluveném termínu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  8 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  5 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod, vlastnosti kryokapalin, principy chlazení, zásady práce s kryokapalinami, bezpečnost.
2. Metody dosahování nízkých teplot, zkapalňování a skladování kryotechnických plynů.
3. Fyzikální vlastnosti materiálů za nízkých teplot: měrné teplo, tepelná vodivost, roztažnost, pevnost, křehnutí, elektrická vodivost, supravodivost, …
4. Měřící technika v oboru nízkých teplot: měření teplot, tlaku, průtoku, měření magnetické indukce
5. Přenos tepla za nízkých teplot: vedení, konvekce, sálání, tepelné izolace v kryogenice.
6. Nízkoteplotní vakuová technika: kryočerpání, hledání vakuových netěsností, měření vakua
7. Návrh kryotechnických zařízení: volba materiálů, pevnostní výpočty, technologie spojování materiálů
8. Aplikace nízkých teplot: lékařství (zobrazování magnetickou rezonancí, kapalný kyslík), výzkum (spektroskopie, kosmický výzkum), aplikace supravodivosti, průmyslové využití (úprava materíálů, mražení potravin), …,
    Laboratorní cvičení 1. Vybavení laboratoře nízkých teplot, bezpečnost práce - exkurze laboratoří
2. Práce s kryokapalinami (dusík, hélium),změny skupenství, demonstrace vlastností látek za nízkých teplot, supravodivost
3. Hledání vakuových netěsností, práce s hmotovým spektrometrem
4. Zkapalňování hélia
5. Kryočerpání
Literatura - základní:
1. Jelínek, J., Málek, Z.: Kryogenní technika, VII.škola fyziky a techniky nízkých teplot, Luhačovice 1982, SNTL Praha 1982
2. Rotter Miloš: Fyzikální základy a technika nízkoteplotního experimentu, SNP Praha 1982
3. Barron, R.F.: Cryogenic heat transfer, Taylor & Francis 1999, ISBN 1-56032-551-8
Literatura - doporučená:
1. Weisend, J.G. II, ed.by: Handbook of cryogenic engineering, Taylor & Francis 1998, ISBN 1-56032-332-9
2. Dúbravcová Viera: Vákuová a ultravákuová technika, Alfa , Bratislava 1992
3. Thermophysical Properties of Pure Fluids, počítačová databáze, NIST USA, 2000
4. Groszkowski Janusz: Technika vysokého vakua, SNTL Praha 1981
5. Šafrata, R.S., a kol. : Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress, Universita Karlova 1998, ISBN 80-85863-19-7
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Volitelný 1 2 L
B-FIN-P prezenční studium --- bez specializace -- zá 3 Volitelný 1 3 L