Zastosowanie niskich temperatur

Prezentacja na temat: "Zastosowanie niskich temperatur"— Zapis prezentacji:

1 Zastosowanie niskich temperatur
Wykonał: Michał Ryś kl. I k

2 Ale czy aby na pewno zły znak?
Zimno... Brrrrrrr... Bardzo zimno! Ale czy aby na pewno zły znak?

3 Kriogenika, dział nauki i techniki zajmujący się wytwarzaniem i utrzymywaniem bardzo niskich temperatur (tj. poniżej -180°C) oraz badaniem własności materiałów w tych temperaturach. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

4 Krótko i na temat: Zimnem (łac. kryos) zajmują się takie dziedziny nauki jak kriofizyka, kriomedycyna, kriobiologia, kriogenika (oprzyrządowanie do uzyskiwania niskich temperatur), czy krioprezerwacja czyli zamrażanie i przechowywanie substancji bez utraty ich właściwości. Wykorzystanie mrożenia w medycynie. Jest ono stosowane nie tylko do niszczenia tworów chorobowych w organizmie, znieczulania bólu, ale także w tzw. komorach kriogenicznych. Kiedy organizm przebywa w takiej komorze przy temperaturze ok.-200°C wytwarza adrenalinę, która zwiększa wydolność układu krwionośnego, zapobiegając wychłodzeniu ciała. Bezwładność tego procesu jest na tyle duża, że nawet po wyjściu z kabiny czujemy się sprawniejsi, z powodu dotlenienia wszystkich części ciała. Z tej metody przed zawodami korzystają także sportowcy. Region Dolnego Śląska ma pod tym względem większe możliwości, bo z pięciu komór kriogenicznych w Polsce, cztery znajdują się w naszym województwie, w tym dwie we Wrocławiu. Nadprzewodniki, to tak oczyszczone metale, np. rtęć, że w niskich temperaturach przewodzą elektryczność bez strat. W czasie badań w międzywojennej Francji do obwodu z takiej substancji wpuszczono prąd. Po półtora roku, kiedy wybuchła II Wojna Światowa nie zauważono spadku napięcia w nadprzewodniku! Praktycznym zastosowaniem tego zjawiska są tomografy komputerowe (rezonans magnetyczny), czyli "rentgeny" dla tkanek miękkich (mózgu, wątroby), oraz tzw. poduszka magnetyczna - pole elektromagnetyczne, tworzące się nad cewką z nadprzewodzącego metalu podłączonego do źródła elektryczności. Przy odpowiedniej konfiguracji jest ona w stanie unieść nie tylko magnes, ale człowieka lub nawet pociąg! Testy nad superszybkimi pociągami na poduszkach magnetycznych są prowadzone w Japonii, gdzie ostatnio uzyskano prędkość 550 km/h z pasażerami! Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

5 Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje
Pomysł prof. R. S. Ingardena osiągania tzw. temperatur magnetycznych zaowocował pracami z zakresu niskich temperatur i silnych pól magnetycznych. Zajęto się więc uzyskiwaniem niskich temperatur, otrzymywaniem cieczy kriogenicznych, konstrukcją zbiorników na te ciecze i kriostatów, badaniem materiałów izolacyjnych, przewodnictwem ciepła w niskich temperaturach i pomiarami temperatury a także konstruowaniem silnych elektromagnesów prądu stałego. Były to więc zagadnienia z pogranicza fizyki i techniki (technologii). Wiele z tych tematów przejęło później Międzynarodowe Laboratorium Silnych Pól Magnetycznych i Niskich Temperatur. Z czasem, po kolejnych reorganizacjach, pozostały tylko w Instytucie jedyne w Polsce i znane na świecie zespoły badania przewodnictwa cieplnego i termometrii niskotemperaturowej. Z badań nad izolacjami ciepła w niskich temperaturach wyłoniły się prace nad zjawiskiem transportu ciepła w różnych materiałach, w tym w metalach. Opracowano metodę pomiaru przewodnictwa ciepła małych próbek. Między innymi, wykonano po raz pierwszy pomiary przewodnictwa cieplnego stopów amorficznych i wykazano, że fononowa składowa przewodnictwa cieplnego tych związków jest identyczna jak przewodnictwo cieplne amorficznych dielektryków. Pierwsze badania przewodnictwa cieplnego nadprzewodników wysokotemperaturowych zostały również wykonane w Instytucie. Odkryto silny wzrost przewodnictwa ciepła poniżej temperatury przejścia w stan nadprzewodzący, świadczący o zmniejszeniu się rozproszeń fonon-elektron. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

6 Kliknij myszką kiedy obejrzysz zdjęcia

7 N A D P R Z E W O D N I C T W O Nadprzewodnictwo, zjawisko zaniku oporu elektrycznego obserwowane w niektórych metalach, ich stopach oraz w pewnych spiekach ceramicznych (spiek). Materiał, dla którego zachodzi zjawisko nadprzewodnictwa, nazywany jest nadprzewodnikiem. Ze względu na charakter przemiany fazowej towarzyszącej przejściu materiału ze stanu przewodzącego w nadprzewodzący wyróżnia się dwa rodzaje nadprzewodników: tzw. nadprzewodniki I lub II rodzaju. Nadprzewodnictwo obserwowane jest w niskich temperaturach, mniejszych od pewnej, charakterystycznej dla danego materiału tzw. temperatury krytycznej Tk. Stan nadprzewodzący może zaniknąć po umieszczeniu nadprzewodnika w dostatecznie silnym polu magnetycznym, nawet gdy materiał znajduje się w temperaturze mniejszej od krytycznej (gdy w nadprzewodniku płynie wtedy prąd elektryczny, zanikowi nadprzewodnictwa towarzyszy wydzielenie ciepła, mające w przypadku silnych elektromagnesów charakter eksplozji). W zamkniętym pierścieniu (lub cewce) wykonanej z nadprzewodnika można wytworzyć indukcyjnie niezanikający przepływ prądu elektrycznego. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

8 Nadprzewodnictwo obserwowane jest w niskich temperaturach, mniejszych od pewnej, charakterystycznej dla danego materiału tzw. temperatury krytycznej Tk. Stan nadprzewodzący może zaniknąć po umieszczeniu nadprzewodnika w dostatecznie silnym polu magnetycznym, nawet gdy materiał znajduje się w temperaturze mniejszej od krytycznej (gdy w nadprzewodniku płynie wtedy prąd elektryczny, zanikowi nadprzewodnictwa towarzyszy wydzielenie ciepła, mające w przypadku silnych elektromagnesów charakter eksplozji). W zamkniętym pierścieniu (lub cewce) wykonanej z nadprzewodnika można wytworzyć indukcyjnie niezanikający przepływ prądu elektrycznego. Zjawisko nadprzewodnictwa odkrył H. Kamerlingh-Onnes (1911). Pierwotnie stan nadprzewodzący obserwowano w temperaturze kilku (najwyżej kilkunastu) K (tzw. temperatury helowe), w 1986 odkryto (J.G. Bednorz, K.A. Müller) tzw. nadprzewodniki wysokotemperaturowe (będące materiałami ceramicznymi), dla których Tk są wyższe od temperatury wrzenia ciekłego azotu (tj. od ok. 77 K). Zjawisko nadprzewodnictwa dla metalicznych nadprzewodników wyjaśniono (L.N. Cooper, J. Bardeen, J. Schrieff) rozpatrując kondensację Bosego-Einsteina zachodzącą w cieczy zbudowanej z elektronów przewodnictwa w metalu, powiązanych ze sobą w pary w szczególny sposób (Coopera pary elektronowe). W odpowiednio niskiej temperaturze ciecz ta przechodzi w stan nadciekły (nadpłynność), co obserwujemy jako zanik oporu elektrycznego. Zjawisko nadprzewodnictwa jest efektem kwantowym. Istnieje wiele interesujących własności nadprzewodników (m.in. efekt Meissnera-Ochsenfelda, efekt Josephsona, kwantowanie strumienia magnetycznego itp.). Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

9 Brak strat energii na wydzielanie ciepła w trakcie przepływu prądu elektrycznego w nadprzewodniku stwarza możliwości praktycznego zastosowania nadprzewodników. Ograniczeniem w ich stosowaniu jest konieczność utrzymywania materiału w niskiej temperaturze, oraz to, że poznane dotychczas nadprzewodniki wysokotemperaturowe są materiałami ceramicznymi (a więc są kruche, sztywne itd.). Nadprzewodniki metaliczne wykorzystywane są głównie w silnych elektromagnesach. Trwają prace nad uzyskaniem materiałów i technologii umożliwiających konstruowanie z nadprzewodników wysokotemperaturowych nadprzewodzących energetycznych linii przesyłowych, silników elektrycznych itp. Nadprzewodniki mogą znaleźć zastosowanie również w elektronice (złącze Josephsona) Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

10 K R I O T E R A P I A KRIOTERAPIA jest to bodźcowe i stymulujące zastosowanie w kriokomorze krańcowo niskich temperatur (poniżej –120C) w czasie nie przekraczającym 3 minut na powierzchnię całego ciała w celu wywołania odruchów i reakcji obronnych, które leczniczo są korzystne i skuteczne w przywracaniu status quo organizmu ludzkiego. Wprowadzenie w 1978r. do profilaktyki leczniczej krioterapii całego ciała przypisuje się Japończykowi Toshiro Yamanchiemu. Zainspirowany pozytywnymi wynikami leczenia badaczy japońskich zespół prof. Reinhardta Frickiego (Niemcy) nawiązuje współprace z ośrodkiem japońskim a następnie stosuje krioterapie we wszystkich jej formach. Polska krioterapia powstała we Wrocławiu w 1983r. w Katedrze Rehabilitacji AWF kierowanej do dnia dzisiejszego przez jej Rektora prof.dr hab.med. Zdzisława Zagrobelnego. Konstruktorem pierwszego polskiego urządzenia kriogenicznego a następnie całej generacji tego typu urządzeń z komorą kriogeniczną włącznie jest mgr inż. Zbigniew Raczkowski z Instytutu Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu kierowanego przez prof.dr hab.inż. Tadeusza Stręka. W chwili obecnej na terenie naszego kraju leczeniem krioterapią całego ciała zajmują się nieliczne placówki specjalistyczne, w tym powstałe w maju 2000 roku nasze Centrum Rehabilitacji Leczniczej w Ośrodku Przygotowań Olimpijskich w Spale. Jesteśmy jedynym na terenie kraju i Europy oddziałem świadczącym tego typu leczenie głównie (ale nie tylko) dla potrzeb sportu wyczynowego. W ciągu 15 miesięcy działalności Centrum wykonano zabiegów z krioterapii. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

11 Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje
W Polsce około 8 mln ludzi choruje i cierpi na choroby układu mięśniowo – szkieletowego. Schorzenia te są obecnie jednym z poważniejszych problemów społecznych, medycznych a także ekonomicznych o zasięgu światowym. Dane statystyczne opublikowane przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) podają, że już po 2000r. podwoi się liczba osób powyżej 50 roku życia ze schorzeniami układu mięśniowo – szkieletowego. W krajach wysoko rozwiniętych stanowią ponad 50 procent przypadków chorób przewlekłych. Są najczęstszą przyczyną długotrwałej niezdolności do pracy z powodu dolegliwości bólowych. Zaistniała ogromna potrzeba zwrócenia uwagi międzynarodowej na wpływ chorób układu mięśniowo – szkieletowego na społeczeństwo i systemy opieki zdrowotnej na świecie w tym i w Polsce. Najważniejszym celem jest zmniejszenie cierpień ludzi z tymi chorobami i podniesienie jakości ich życia. Problemy i rehabilitacja ostrych i przewlekłych schorzeń aparatu ruchu dotyczą ludzi w każdym wieku a w szczególności sportowców i osoby niepełnosprawne. Metodą niezwykłą i skuteczną, której wartość leczniczą poznało bardzo wielu potrzebujących jest Krioterapia całego ciała której zabiegi mają charakter ogólnoustrojowy. Dzięki tej metodzie możliwe stało się leczenie i usprawnianie chorych nie tylko reumatycznych, ale metodę tą stosuje się u chorych neurochirurgicznych ze spastycznością mięśni oraz we wszystkich stanach pourazowych i pooperacyjnych oraz zmianach zwyrodnieniowych pierwotnych i wtórnych dotyczących aparatu ruchu. Wyjątkowo skuteczne efekty leczenia obserwuje się w traumatologii sportowej. Krioterapia ogólnoustrojowa stała się metodą z wyboru w leczeniu fizycznych urazów sportowych i metodą odnowy biologicznej z którą łączy się już osiąganie wyników w sporcie i pracy zawodowej. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

12 Kliknij myszką kiedy obejrzysz zdjęcia

13 Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje
Najcenniejszymi efektami leczniczymi zabiegów kriogenii całego ciała są: czynne przekrwienie całego ciała po zabiegu kriogenii, które decyduje o szybkim gojeniu się urazów i zapaleń uczucie subiektywnej bezbolesności utrzymujące się przez 6-8 godzin po zabiegu, co ułatwia większą intensywność i skuteczność stosowania rehabilitacji ruchowej (kriorehabilitacja). Efekt bezbolesności przy powtarzalnych zabiegach kriogenii utrwala się na długi czas· rozluźnienie mięśni szkieletowych, zmniejszenie ich napięcia i obrzęku wzrost odporności organizmu korzystny wpływ na psychikę (poziom lęku, niepokoju i pobudliwości ulegają obniżeniu, wzrasta percepcja i procesy decyzyjne oraz wytrzymałość Ośrodkowego Układu Nerwowego na zmęczenie) Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

14 Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje
Powrót ciepłoty skóry następuje mniej więcej po 20 minutach, a jej plateau, tj. 35oC utrzymuje się niemal przez 90 min. Około 4 min. po zabiegu występuje rozszerzenie naczyń krwionośnych, które może osiągnąć czterokrotnie większą wartość niż przed zabiegiem oraz utrzymywać się przez kilka godzin. Pociąga to za sobą znaczny wzrost ukrwienia narządów wewnętrznych. Kilkugodzinne przekrwienie w obrębie tkanek sprzyja nie tylko lepszej przemianie materii ale i eliminacji nagromadzonych tam szkodliwych produktów metabolizmu. Wszystko to w połączeniu z kinezyterapią po zabiegu kriogenii przyspiesza zmniejszenie obrzęków, decyduje o szybkim gojeniu się urazów i zapaleń. Innym ważnym następstwem ukrwienia tkanek jest wzrost stężenia tlenu w mięśniach, co wywołuje obniżenie stężenia mleczanów i histaminy, wzrost koncentracji bradykininy i angiotensyny oraz w efekcie znaczne złagodzenie bólu. Dodatkowym czynnikiem hamującym ból jest wpływ skrajnie niskich temperatur w trakcie zabiegu kriogenii na przewodnictwo nerwowe włókien bezmielinowych. Efektem tego jest zmniejszenie odpowiedzi odruchowej oraz podwyższenie progu bólu. Korzystne działanie skrajnie niskich temperatur przejawia się zmniejszeniem napięcia miejscowego i zmniejszeniem szybkości przewodnictwa nerwowego z obniżeniem reaktywności obwodowych zakończeń czucioworuchowych, w tym również odpowiedzialnych za regulację napięcia miejscowego swoistych receptorów (proprioreceptorów): narządu Golgiego w ścięgnach i wrzecionach nerwowo-mięśniowych w mięśniach. Uzyskane na tej drodze obniżenie napięcia mięśniowego sprzyja postępowaniu kinezyterapeutycznemu w stanach spastyczności. Powyższe reakcje i efekty terapeutyczne w postaci działania przeciwbólowego, a także zmniejszenia napięcia mięśni oraz poprawy ich siły nie odnoszą się tylko i wyłącznie do miejsc objętych krioaplikacją. Efekt systemowy obserwuje się również w miejscach oddalonych od pola zabiegowego. Istotne jest to, iż wyżej wymienione reakcje organizmu utrzymują się przez okres 6-8 godz. po zaprzestaniu działania skrajnie niskich temperatur co łącznie stanowi o działaniu przeciwzapalnym tej formy terapii. Kolejnym dodatnim efektem działania niskich temperatur jest pobudzenie osi hormonalnej podwzgórze-przysadka, a w następstwie wzrost osoczowych stężeń hormonów nadnerczy i tarczycy. Dotychczasowe badania dotyczące aspektów działania ogólnoustrojowej krioterapii, jej bezpieczeństwo, a także korzystny wpływ na różne mechanizmy ochronne i obronne organizmu ludzkiego w połączeniu z intensywną kinezyterapią dały podstawę do ustalenia podstawę do wskazań i przeciwwskazań jej stosowania. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

15 K R I O C H I R U R G I A KRIOCHIRURGIA jest metodą leczenia polegającą na miejscowym, kontrolowanym niszczeniu tkanek przez zamrożenie, pozwala na bezkrwawe oddzielenie tkanki zmienionej chorobowo, gojenie się rany bez powikłań, pozostawia cienką i delikatną KRIOCHIRURGIA jest metodą leczenia polegającą na miejscowym, kontrolowanym niszczeniu tkanek przez zamrożenie, pozwala na bezkrwawe oddzielenie tkanki zmienionej chorobowo, gojenie się rany bez powikłań, pozostawia cienką i delikatną KRIOCHIRURGIA jest metodą leczenia polegającą na miejscowym, kontrolowanym niszczeniu tkanek przez zamrożenie, pozwala na bezkrwawe oddzielenie tkanki zmienionej chorobowo, gojenie się rany bez powikłań, pozostawia cienką i delikatną KRIOCHIRURGIA jest metodą leczenia polegającą na miejscowym, kontrolowanym niszczeniu tkanek przez zamrożenie, pozwala na bezkrwawe oddzielenie tkanki zmienionej chorobowo, gojenie się rany bez powikłań, pozostawia cienką i delikatną Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

16 C I E K A W O S T K I Nadpłynność, nadciekłość, jedno z makroskopowych zjawisk kwantowych, możliwych w pewnych cieczach znajdujących się w bardzo niskiej temperaturze; polega na zupełnym zaniku lepkości cieczy; obserwana np. dla helu w temperaturze niższej niż 2,17 K. . Zjawisko odkrył P.L. Kapica, wyjaśnienie podał L.D. Landau rozpatrując kondensację Bosego-Einsteina w układzie cząstek cieczy. W danej temperaturze nadpłynność zanika przy pewnej prędkości przepływu cieczy zwanej prędkością krytyczną. Zmiana stanu cieczy z cieczy lepkiej w nadciekłą i odwrotnie jest przejściem fazowym. Bosego-Einsteina kondensacja, efekt kwantowy zachodzący w układach podległych rozkładowi Bosego-Einsteina. W temperaturach niższych od tzw. temperatury zwyrodnienia część cząstek (bozonów) przechodzi w stan o pędzie zerowym. Oznacza to, że w nieskończenie małej objętości przestrzeni pędu może znajdować się skończona ilość cząstek. Kondensacja Bosego-Einsteina opisuje np. zjawisko nadciekłości. Zjawisko przewidziane przez indyjskiego fizyka S.N. Bose i A. Einsteina w 1924, a po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 dla rzadkiego, alkalicznego metalu - 87Rb - przez laureatów nagrody Nobla E. Cornella i C. Wiemana. Kondensat Bosego-Einsteina zaobserwowano również dla 23Na (własności falowe tego kondensatu opisał, również laureat nagrody Nobla, W. Ketterle w 1997) i 7Li. Kliknij myszką kiedy przeczytasz powyższe informacje

17 Dziękuje za obejrzenie mojej prezentacji na temat „Zastosowanie niskich temperatur”.
Z poszanowaniem: Michał „Fakir” Ryś kl. I k Kliknij myszką w celu zakończenia