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Introduction cryogenie 2016 1

Introduction à la cryogénie Ecole des Accélérateurs ?? BENODET ? Présentation préparée avec Patxi Duthil IPNO Patricia Duchesne IPNO ?? Division Accélérateurs Institut de Physique Nucléaire d ? Orsay P CSOMMAIRE ? DEFINITION ? PROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE Etats de la matière Diagramme de phase Relation chaleur ?? température Principaux cryo uides ? REFROIDISSEMENT DES GAZ Histoire de la liquéfaction d ? un gaz Machine de réfrigération Réfrigération Liquéfaction La détente d ? un gaz Exemple d ? installation ? APPLICATIONS DE LA CRYOGENIE P Cindustriel domestique Froid Froid DEFINITION Cryogénie Kruos grec Froid Genesis grec Engendrer produire Cette discipline s ? intéresse à l ? étude des très basses températures comment les produire les maintenir et les utiliser T ambiante C K ?? C ?? Températures cryogéniques ?? K ?? C Rappel T Kelvin T C La limite supérieure est ?xée à K En dessous de cette température le méthane constituant du gaz naturel et la plupart des gaz atmosphériques passent en phase liquide Fluides cryogéniques Méthane Oxygène Argon Azote Hydrogène Helium T Ebullition K à atm ? C ? C ? C Sources de froid Fluides cryogéniques cryo uides ou machines cryogénérateurs DEFINITION Cryogénie ? C P CPROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE Comportement d ? un uide cryogénique Rappel de thermodynamique ? Trois états de la matière LIQUIDE PROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE SOLIDE sublimation condensation GAZ P CPROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE Exemple phénoménologique casserole remplie de glace et que l ? on chau ?e Relation chaleur ? température cf p PROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE J J J J J Apport de chaleur Q Fusion du solide Vaporisation du liquide ?? Si l ? on change la pression on trouve d ? autres valeurs de température cf Diagramme des phases p Pext diminue avec l ? altitude H km Teb C Teb C Contenant sous pression P la pression jusqu ? à bar soupape Teb à C Teb C P CDIAGRAMME DE PHASE PROPRIETES PHYSIQUES D ? UN CRYOFLUIDE Diagramme de phase P T ? Di ?érentes phases d ? un corps pur en fonction des variables pression et température ? courbes d ? équilibre correspondant à un changement d ? état Solide ? gaz courbe de sublimation Solide ? liquide courbe de fusion Liquide ? gaz courbe de vaporisation ? Point triple pt Tt coexistence des trois phases en équilibre sol liq gaz Diagramme typique d ? équilibre des phases P Pc Etat supercritique Point Critique Courbe de fusion Solide Liquide P atm Pt Point triple Courbe de vaporisation Gaz Courbe de sublimation ? Point critique pc Tc au delà duquel il n ? y a plus de di ?érence entre le liquide et le gaz état supercritique monophasique T Tt TébullitionTc Exemple de la casserole remplie de glace et que l ? on chau ?e ? Tension de vapeur pression du gaz en équilibre avec le liquide ou le solide Cette tension de vapeur suit une loi du