4 maneiras pelas quais as aplicações criogênicas de hélio podem ser usadas

O hélio é um gás com propriedades que o tornam útil para muitos propósitos diferentes, desde o resfriamento até o fornecimento de sustentação em aeronaves. Ao entender os fundamentos de seus princípios criogênicos, podemos entender como esse gás funciona e seus vários usos.

Os aspectos da ciência criogênica surgiram em experimentos do início do século XIX por Faraday e Joule. A criogenia envolve submeter materiais a temperaturas extremamente baixas, geralmente abaixo de -150 °C.

O uso de líquidos criogênicos, como nitrogênio líquido ou hélio líquido, nos permitiu atingir temperaturas extremas com segurança, sem ter que nos preocupar com riscos de incêndio associados a processos de alta temperatura. Essas substâncias desempenham um papel fundamental ao trabalhar em qualquer projeto que envolva ambientes frios.

O hélio possui múltiplas propriedades que podem ser utilizadas em processos criogênicos. Seu ponto de ebulição é menor do que a maioria dos outros elementos, tornando-o adequado para atingir temperaturas muito baixas de forma rápida e eficiente.

O processo também permanece seguro devido à sua propriedade de não toxicidade. Não é de admirar que tantas indústrias estejam confiando cada vez mais nos princípios criogênicos e nas aplicações do hélio.

A criogenia lida com a produção e comportamento de materiais em temperaturas extremamente baixas. A faixa de temperatura para líquidos criogênicos como o hélio cai entre -271,15°C a -196°C. As aplicações criogênicas fazem uso de propriedades como resistência aumentada, condutividade elétrica aprimorada e isolamento térmico aprimorado nesses ambientes de baixa temperatura.

Os princípios por trás da tecnologia criogênica envolvem o controle da taxa de resfriamento. Isso é feito utilizando pontos de ebulição e taxas de evaporação para atingir uma faixa de temperatura desejada. Em alguns casos, isso envolve o uso de refrigerantes mecânicos ou mesmo nitrogênio líquido para resfriar materiais rapidamente a temperaturas abaixo de zero. Ao manipular seu ambiente, um material pode ser resfriado abaixo da temperatura ambiente sem alterar seu estado físico de sólido para líquido.

No entanto, nem todos os materiais respondem igualmente quando expostos a condições de frio extremo. Por exemplo, o hélio permanece um gás independentemente de quanto ele é resfriado, enquanto a água se transforma em gelo a 0°C. Compreender as características únicas de cada material sob diferentes temperaturas ajuda os cientistas a determinar quais substâncias são mais adequadas para aplicações criogênicas específicas.

O hélio é um elemento que possui dois isótopos de ocorrência natural, hélio-3 e hélio-4. O hélio-4 é o mais abundante desses dois isótopos, compreendendo aproximadamente 99,9% de todos os átomos de hélio natural da Terra.

Possui várias propriedades únicas que o tornaram inestimável em aplicações criogênicas.

Quando resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto (-273°C), o hélio líquido apresenta superfluidez, estado em que sua viscosidade cai a zero, podendo fluir sem qualquer resistência. Essa propriedade permite que pequenos objetos imersos em hélio líquido se movam mais rapidamente do que em condições normais de gravidade, tornando-os úteis para fins de pesquisa científica.

Além disso, a baixa temperatura de condensação torna o hélio ideal para redução de pressão em certos processos industriais, como criogenia e fabricação de semicondutores.

Outras características importantes do hélio incluem:

O hélio desempenha um papel importante em muitas indústrias e campos, incluindo aeroespacial, geração de energia nuclear, imagens médicas e produção de eletrônicos. Compreender como diferentes elementos se comportam sob temperaturas e pressões extremas ajuda os cientistas a entender melhor as leis físicas fundamentais que regem o nosso Universo. Isso nos leva mais perto de desvendar segredos sobre a natureza da própria matéria.

As temperaturas criogênicas são alcançadas usando hélio como agente de resfriamento. Para manter essas temperaturas extremamente baixas, os sistemas criogênicos devem ser selados e isolados de fontes externas de calor. Isso permite que eles permaneçam em temperaturas estáveis, permitindo ainda a troca de energia entre diferentes componentes.