Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Cryogenics
Course of study:
2018/2019
Code:
JFM-2-001-DE-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Dozymetria i elektronika w medycynie
Field of study:
Medical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Tarnawski Zbigniew (tarnawsk@agh.edu.pl)
Academic teachers:
prof. dr hab. inż. Tarnawski Zbigniew (tarnawsk@agh.edu.pl)
mgr inż. Zalecki Ryszard (zalecki@agh.edu.pl)
Module summary

moduł pozwala poznać metody otrzymywania niskich temperatur, ich pomiaru i zapoznać się z obserwowanymi w tych temperaturach zjawiskami fizycznymi, metodami badawczymi i ich znaczeniem w fizyce.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 potrafi współpracowac w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
M_K002 Angażuje się w dyskusję w grupie, także z prowadzacym, potrafi sformułować swoje argumenty FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Oral answer,
Execution of laboratory classes,
Involvement in teamwork
Skills
M_U001 Potrafi opisać metody otrzymywania niskich temperatur: termometria opornościowa, -termopary, -pomiar ciśnienia par - manometry, - termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa. FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_U002 Potrafi opisać działanie termopar, termmometrów oporowy i innych uzytecznych w badaniach kriogenicznych FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
M_U003 Potrafi posługiwać się urządzeniami kriogenicznymi w szczególności obsługiwać kriostaty z ciekłym azotem i helem FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Report,
Execution of laboratory classes,
Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Zna zasady i prawa termodynamiki klasycznej i statystycznej dotyczące metod otrzymywania i pomiaru niskich temperatur FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Participation in a discussion,
Test results,
Involvement in teamwork
M_W002 Posiada wiedzę z zakresu kriofizyki: przewodnictwo ciepła, -nadciekłość helu He3 i He4, -kwantowy efekt Halla, -nadprzewodnictwo nisko- i wysokotemperaturowe. FM2A_W02, FM2A_W01 Activity during classes,
Test,
Oral answer,
Test results
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 potrafi współpracowac w zespole rozwiązującym problemy laboratoryjne + - + - - - - - - - -
M_K002 Angażuje się w dyskusję w grupie, także z prowadzacym, potrafi sformułować swoje argumenty + - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi opisać metody otrzymywania niskich temperatur: termometria opornościowa, -termopary, -pomiar ciśnienia par - manometry, - termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa. + - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi opisać działanie termopar, termmometrów oporowy i innych uzytecznych w badaniach kriogenicznych + - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi posługiwać się urządzeniami kriogenicznymi w szczególności obsługiwać kriostaty z ciekłym azotem i helem + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna zasady i prawa termodynamiki klasycznej i statystycznej dotyczące metod otrzymywania i pomiaru niskich temperatur + - + - - - - - - - -
M_W002 Posiada wiedzę z zakresu kriofizyki: przewodnictwo ciepła, -nadciekłość helu He3 i He4, -kwantowy efekt Halla, -nadprzewodnictwo nisko- i wysokotemperaturowe. + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Kriogenika (z Elementami Kriofizyki)

1. Elementy termodynamiki klasycznej i statystycznej-6 godz. przypomnienie:statystyki Maxwella, energii wewnętrznej, energii swobodnej Gibbsa i Helmholtza,entalpii oraz entropii cieplnej i statystyczno-konfiguracyjnej, a także podstawowych procesów i zasad termodynamiki.
2. Metody otrzymywania niskich temperatur: 10 godz.
-przemiany gazowe rozprężanie i sprężanie gazów,
chłodziarka helowa o cyklu zamkniętym Mac Mahona Gifforda,
-użycie skroplonych gazów oraz skraplarki helowe i azotowe -efekt Joule’a Thomsona, z wykorzystaniem ciepła parowania, adiabatyczne rozmagnesowanie paramagnetyczne i jądrowe, -chłodziarka rozcieńczalnikowa He3-He4,
-chłodzenie laserowe do nanokelwinów.
3.Metody pomiaru niskich temperatur: -4 godz.
-termometria opornościowa,
-termopary, -pomiar ciśnienia par – manometry,
- termometrie: magnetyczna, jądrowa i szumowa.
4. Elementy Kriofizyki; 10 godz.
-przewodnictwo ciepła,
-nadciekłość helu He3 i He4,
-kwantowy efekt Halla,
-nadprzewodnictwo nisko i wysokotemperaturowe.

Laboratory classes:

Ćwiczenia laboratoryjne:15 godz.= 5 ćwiczeń po 3 godz. w grupach maksimum 10 osobowych

Ćw.1. Właściwości ciekłego i gazowego helu i azotu, obsługa dewarów i kriostatów, odzysk helu.
Ćw.2. Chłodziarka helowa w obiegu zamkniętym; budowa i zasada działania, pomiar temperatury w eunkcji czasu schładzania.
Ćw.3. Termometry ; oporowe metaliczne i półprzewodnikowe, kalibracja i pomiar temperatury.
Ćw.4. Termopary; kalibracja i pomiar temperatury.
Ćw.5. Pokaz nadciekłości He4 i oporowego przejścia nadprzewodzącego ołowiu w kriostacie szklanym.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 107 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Participation in lectures 30 h
Participation in laboratory classes 15 h
Examination or Final test 2 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Preparation for classes 20 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z kolokwium (K) i z ćwiczeń laboratoryjnych (L):
OK = 0.6 x K + 0.4 x L

Prerequisites and additional requirements:

Znajomość podstaw termodynamiki i fizyki ciała stałego.

Recommended literature and teaching resources:

1. A.Kołodziejczyk– Materiały pomocnicze do przedmiotu: Kriogenika na stronie http://home.agh.edu.pl/~akolo/
2. B.Dziunikowski, Wstęp do fizyki niskich temperatur, Skrypt AGH nr 1203, Kraków 1990 i literatura podana tamże
3. Instrukcja obsługi chłodziarki helowej w cyklu zamkniętym Mac Mahona Gifforda
4. E.Trojnar, Kriofizyka, w Encyklopedia Fizyki Współczesnej, PWN, Warszawa, 1983
5. Rozdziały w książkach z Fizyki Ciała Stałego

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1.Specific heat and magnetization of RMn2(H,D)2, Z. Tarnawski, L. Kolwicz-Chodak, H. Figiel, N.-T. H. Kim-Ngan, L. Havela, K. Miliyanchuk, V. Sechovský, E. Santavá, J. Sebek, Journal of Alloys and Compounds ; ISSN 0925-8388. — 2007 vol. 442 s. 372–374.
2.Structural, magnetic and thermal properties of CaMn0.99{57}Fe0.01O3-δ, J. Przewoźnik, J. Chmist, L. Kolwicz-Chodak, Z. Tarnawski, Cz. Kapusta, A. Kołodziejczyk, Journal of Alloys and Compounds ; ISSN 0925-8388. — 2007 vol. 442 s. 194–196
3. H.P. van der Meulen, J.J.M. Franse, Z. Tarnawski, K. Kadowaki, J.C.P. Klaasse and A.A. Menovsky
Low temperature specific heat of REBa2Cu3O7 in magnetic field up to 5T (Re=Y, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu), Physica C 152 (1988) 65.
4. A.J. Dirkmat, T. Endstra, E.A. Knetesch, G.J. Nieuwenhuys, J.A. Maydosh, A.A. Menovsky, F.R. de Boer and Z. Tarnawski, Thermal and transport properties of UrIr2Si2, Phys. Rev. B 41 (1990) 2584.
5. H.P. van der Meulen, Z. Tarnawski, A. de Visser, J.J.M. Franse, J.A.A.J. Perenboom, D. Althof and H. van Kempen, Field effect on the specific heat of UPt3, Physica B 163 (1990) 385.
6. R. Cubitt, E.M. Forgan, G. Yang, M. Warden, S.L. Lee, P.H. Kes, T.W. Li, A.A. Menovsky and Z. Tarnawski, Direct observation of magnetic flux lattice melting and decomposition in the high-Tc superconductor Bi2.15Sr1.95CaCu2O8+z, Nature 365 (London) (1993) 407-411
7. A. Gerber, Z. Tarnawski, V.H.M. Duijn and J.J.M. Franse, Magnetocaloric approach to type-II superconductors, Phys. Rev. B 49 (1994) 3492-3495.
8. M. Krupska N.-T. H. Kim-Ngan, S. Sowa, M. Paukov, I. Tkach, D. Drozdenko, L. Havela, Z. Tarnawski
Structure, Electrical Resistivity and Superconductivity of Low-alloyed γ-U Phase Retained to Low Temperatures by Means of Rapid Cooling; Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 29 (2016) 388–398,

Additional information:

zaległości związane z nieobecnością na zajęciach laboratoryjnych zostana odrobione w dodatkowo ustalonym terminie z prowadzącym zajęcia.