НИЗКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ (криогенные температуры) - обычно темп-ры, лежащие ниже точки кипения жидкого воздуха (ок. 80 К). Согласно рекомендации, принятой 13-м конгрессом Междунар. ин-та холода (1971), криогенными темп-рами следует называть темп-ры ниже 120 К.
Получение Н. т. Для получения и поддержания Н. т. обычно используют (хладагенты). В сосуде Дьюара, содержащем сжиженный газ, испаряющийся под атм. давлением, достаточно хорошо поддерживается пост. темп-pa Т н кипения хладагента. Практически применяют след. хладагенты, воздух 80 К), азот (Т н = 77,4 К), неон (Т н = 27,1 К), водород (Т н = 20,4 К), гелий (Т н = 4,2 К). Для получения жидких газов служат спец. установки - ожижители, в к-рых сильно сжатый газ при расширении до обычного давления охлаждается и конденсируется (см. Джоуля - Томсона эффект ] .
Откачивая испаряющийся газ из герметизпр. сосуда, можно уменьшать давление над жидкостью и тем самым понижать темп-ру её кипения. Естеств. или принудит. и хорошая теплопроводность хладагента обеспечивают при этом однородность темп-ры во всём объёме жидкости. Таким путём удаётся перекрыть широкий диапазон темп-р: от 77 до 63 К при помощи жидкого азота, от 27 до 24 К - жидкого неона, от 20 до 14 К - жидкого водорода, от 4,2 до 1 К - жидкого гелия. Методом откачки нельзя получить темп-ру ниже тройной точки хладагента. При более низких темп-pax вещество затвердевает и теряет свои качества хладагента. Промежуточные темп-ры, лежащие между указанными выше интервалами, достигаются спец. методами. Охлаждаемый объект теплоизолируют от хладагента, помещая его, напр., внутрь вакуумной камеры, погружённой в сжиженный газ. При небольшом контролируемом выделении теплоты в камере (в ней имеется электрич. нагреватель) темп-pa исследуемого объекта повышается по сравнению с темп-рой кипения хладагента и может поддерживаться с высокой стабильностью на требуемом уровне. В др. способе получения промежуточных темп-р охлаждаемый образец помещают над поверхностью испаряющегося хладагента и регулируют скорость испарения жидкости нагревателем. Отвод теплоты от исследуемого объекта здесь осуществляет поток испаряющегося газа. Применяется также метод охлаждения, при к-ром холодный газ, получаемый при испарении хладагента, прогоняется через теплообменник, находящийся в тепловом контакте с охлаждаемым объектом.
Гелий при атм. давлении остаётся жидким вплоть до абс. нуля темп-ры (см. Гелий жидкий) . Однако при откачке паров жидкого 4 Не (природного изотопа гелия) обычно не удаётся получить темп-ру существенно ниже 1 К, даже применяя очень мощные насосы (этому мешают чрезвычайно малая упругость насыщ. паров 4 Не иего ). Откачкой паров изотопа 3 Не (Т н = = 3,2 К) удаётся достичь темп-р ~ 0,3 К. Область темп-р ниже 0,3 К наз. сверхнизкими темп-рами. Методом адиабатич. размагничивания парамагн. солей (см. Магнитное охлаждение )удаётся достичь темп-р ~10 -3 К. Тем же методом с использованием ядерного в системе атомных ядер были достигнуты темп-ры ~10 -6 К. Принципиальную проблему в методе адиабатич. размагничивания (как, впрочем, и в др. методах получения Н. т.) составляет осуществление хорошего теплового контакта между объектом, к-рый охлаждают, и охлаждающей системой. Особенно это трудно достижимо в случае системы атомных ядер. Совокупность ядер атомов можно охладить до сверхнизких темп-р, но добиться такой же степени охлаждения вещества, содержащего эти ядра, не удаётся.
Для получения темп-р порядка неск. мК широко пользуются более удобным методом - растворением жидкого 3 Не в жидком 4 Не. Применяют для этой цели рефрижераторы растворения (см. Крuocmam) . Их действие основано на том, что 3 Не сохраняет конечную растворимость (ок. 6%) в жидком 4 Не вплоть до абс. нуля темп-ры. Поэтому при соприкосновении почти чистого жидкого 3 Не с разбавленным раствором 3 Не в 4 Не атомы 3 Не переходят в раствор. При этом поглощается теплота растворения и темп-pa раствора понижается. Растворение осуществляется в одном месте прибора (в камере растворения), а удаление атомов 3 Не из раствора путём откачки - в другом (в камере испарения). При непрерывной циркуляции 3 Не, осуществляемой системой насосов и теплообменников, можно поддерживать в камере растворения темп-ру 10 - 30 мК неограниченно долго. Гелий 3 Не можно охладить ещё сильнее, используя Померанчука эффект .Жидкий 3 Не затвердевает при давлении более 3 х 10 6 Па. В области темп-р ниже 0,3 К увеличение давления (в пределе до 3,4 х 10 6 Па) сопровождается поглощением теплоты и понижением темп-ры равновесной смеси жидкой и твёрдой фаз (затвердевание идёт с поглощением теплоты). Этим методом были достигнуты темп-ры ~1 - 2 мК.
Измерение Н. т. Первичным прибором для измерения термодинамич. темп-ры вплоть до 1 К служит газовый термометр. Др. вариантами первичного термометра являются акустич. и шумовой термометры, действие к-рых основано на связи термодинамич. темп-ры соответственно со значением в газе и с интенсивностью тепловых флуктуаций в электрич. цепи. Первичные прецизионные термометры используют в осп. для определения темп-р легко воспроизводимых фазовых равновесий в однокомпонентных системах (т. н. репериых точек), к-рые служат опорными температурными точками Международной практической температурной шкалы (МПТШ-68).
Для измерения темп-ры от 630,74 °С до 13,81 К по МПТШ-68 с точностью ~ 0,001 К служит платиновый термометр сопротивления. МПТШ-68 пока не продлена ниже 13,8 К ввиду отсутствия в этой области Н. т. вторичного термометра, не уступающего по чувствительности, точности и воспроизводимости показаний платиновому термометру сопротивления при более высоких темп-pax. В диапазоне 0,3 - 5,2 К низкотемпературная термометрия основана на зависимости давления насыщ. паров p s гелия от темп-ры, устанавливаемой газовым термометром. Эта зависимость была принята в качестве междунар. температурной шкалы в области 1,5 - 5,2 К (шкала 4 Не, 1958) и 0,3 - 3,3 К (шкала 3 Не, 1962). Зависимость p s (Т )в этих температурных диапазонах не может быть представлена простой аналитич. ф-лой и поэтому табулируется; табличные данные обеспечивают точность определения температуры до тысячной доли К.
В области Н. т. для целей практич. термометрии применяют гл. обр. термометры сопротивления (до 20 К - медный; в области водородных и гелиевых темп-р вплоть до 1 мК - угольные, сопротивление к-рых возрастает при понижении темп-ры). Для измерения темп-ры ниже 100 К применяют также термометры сопротивления из чистого германия.
Ниже 1 К газовым термометром пользоваться практически нельзя. Для определения термодинамич. темп-ры в этой области используют методы магнитной термометрии и ядерные методы. В основе ядерных методов измерения Н.т. лежит принцип квантовой статистич. , согласно к-рому равновесная заселённость дискретных уровней энергии системы зависит от темп-ры. В одном из таких методов измеряются интенсивности линий ядерного магнитного резонанса , определяемые разностью заселённостей уровней энергии ядер в магн. поле; в др. методе - зависящее от темп-ры отношение интенсивностей компонентов, на к-рые расщепляется линия резонансного гамма-излучения (см. Мёссбауэровская спектроскопия )во внутр. магн. поле ферромагнетика.
Аналогом термометрии по давлению насыщенных паров в области сверхнизких температур является измерение температуры в диапазоне 30 - 100 мК по осмотическому давлению 3 Не в смеси 3 Не - 4 Не. Абсолютная точность измерений - ок. 2 мК при чувствительности осмотич. термометра ~ 0,01 мК.

Физика Н. т . Применение Н. т. сыграло важную роль в изучении конденсир. состояния вещества. Особенно много новых фактов и закономерностей было открыто при изучении свойств разл. веществ при гелиевых темп-pax. Это привело к выделению спец. раздела физики - физики Н.т. При понижении темп-ры в свойствах веществ начинают проявляться особенности, связанные с наличием взаимодействий, к-рые при обычных темп-pax вуалируются тепловым движением атомов.
Благодаря значит. подавлению теплового движения атомов при Н. т. удалось обнаружить большое число макроскопич. явлений, имеющих квантовую природу: существование гелия в жидком состоянии вплоть до абс. нуля темп-ры (0К), сверхтекучесть, сверхпроводимость и др. При Н. т. состояние твёрдого тела можно рассматривать как упорядоченное состояние, соответствующее ОК, но с учётом влияния "газа" элементарных возбуждений - квазичастиц . Введение разл. типов квазпчастиц (фононы, дырки, магноны и др.) позволяет описать многообразие свойств веществ при Н. т.
Охлаждение до сверхнизких темп-р применяется в , напр. для создания мишеней и источников с поляризов. ядрами при изучении анизотропии рассеяния элементарных частиц.

Технические применения Н. т . Одна из гл. областей применения Н. т. в технике - разделение газов. Произ-во кислорода и азота в больших кол-вах основано на сжижении воздуха с последующим разделением его в ректификац. колоннах. Н. т. используют для получения высокого вакуума методом адсорбции на активиров. угле или цеолите (адсорбц. насос) или непосредственно конденсацией паров на металлич. стенках сосуда с хладагентом (крионасос). Охлаждение до темп-р жидкого воздуха или азота находит применение в медицине (лечение мозговых опухолей, консервация живых тканей). Широко применяются Н. т. в электронике и радиотехнике для подавления аппаратурных шумов .

Лит.: Физика низких температур, пер. с англ., М., 1959; Справочник по физико-техническим основам криогеники, под ред. М. П. Малкова, 3 изд., М., 1985; Линтон Э., пер. с англ., 2 изд., М., 1971; Роуз-Инс А., Техника низкотемпературного эксперимента, пер. с англ., М., 1966; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, пер. с англ., М., 1971; Лоунасмаа О. В., Принципы и методы получения температур ниже 1 К, пер. с англ., М., 1977; Капица П. Л., Научные труды. Физика и техника низких температур, М., 1989.

Так же, как и высокая, низкая температура имеет общее и местное действия. Но большее значение в судебно-медицинской практике имеет общее действие - переохлаждение . Человек без одежды комфортно себя чувствует при температуре воздуха +25°С, но при падении температуры даже на 10°С начинается расстрой­ство здоровья , что иногда приводит даже к смерти . Адаптаци­онные возможности организма велики, но до определенных пре­делов. Начинающееся переохлаждение характеризуется рядом симптомов (дрожь, «гусиная кожа», общая слабость, апатия и др.). Эта клиническая картина впервые описана личным вра­чом Наполеона академиком Ларреем при отступлении француз­ской армии из России зимой 1812 г. Часть этих симптомов пред­назначена, чтобы легче перенести неблагоприятные условия. Например, расслабление и сокращение мускулатуры при дро­жании утраивает тепло. Этому способствует и годами выраба­тываемая у северных народов внутренняя защита к холоду - ускорение обмена веществ и выработка тепла.

Пагубное воздействие на организм, помимо низкой темпера­туры окружающей среды, оказывает комплекс факторов. Из внешних - это повышенная влажность, ветер, нерациональная одежды, пониженная упитанность ; из внутренних - ослаблен­ ный болезнью или ранением организм, детский или старческий возраст, алкогольное опьянение . Вопреки распространенному мнению алкоголь способствует понижению температуры тела, так как, расширяя кровеносные сосуды, увеличивает более чем на 20% теплоотдачу. По сравнению с выработкой тепла он по­нижает чувствительность к низкой температуре, вызывая чув­ство страха, безразличие, апатию, сонливость. Поэтому смерть может наступить при различной температуре, в том числе и плюсовой. Более того, треть всех погибших от переохлаждения находилась при температуре воздуха от 0 до +5°С. Этим объяс­няется то, что в северных регионах, в Сибири и на Дальнем Востоке этот вид смерти незначительно превышает статисти­ческие показатели Северного Кавказа.

Снижение компенсаторных возможностей организма приво­дит к снижению температуры тела до + 27...+ 30°С, падают все жизненные функции организма, интенсивность обмена веществ, наступает угнетение ЦНС, кислородное , истощение организма и смерть при температуре тела +25°С и ниже.

Общее охлаждение - состояние организма, возникшее в результате воздействия холода и снижения температуры тела до 34° и ниже.

Легкая (адинамическая) степень охлажде­ния характеризуется понижением температуры тела до 32-30°, с сохраненным или затуманен­ным сознанием, бледностью или цианотичностью кожных покровов, брадикардией до 60 уд/мин. Больные жалуются на слабость, головокружение, головную боль, говорят тихо и медленно.

При охлаждении средней тяжести (сниже­ние температуры до 29°) отмечается угнетение сознания; если пострадавший отвечает на вопро­сы, то с большим трудом, лицо маскообразное, взгляд тусклый, брадикардия, АД снижено.

При тяжелой степени общего охлаждения (снижение температуры тела до 26°) пострадав­ший находится без сознания, дыхание у него поверхностное и нерегулярное, кожа бледная и холодная (на открытых частях тела - синюш­ная), мышцы напряжены, челюсти сжаты, зрач­ки сужены и не реагируют на свет; пульс слабо­го наполнения, редкий и неритмичный, АД сни­жено. При снижении температуры тела ниже 26° может наступить смерть из-за фибрилляции же­лудочков.

На месте обнаружения трупа обращают внимание на харак­терную позу зябнущего человека с приведенной к туловищу головой и согнутыми в суставах конечностями. Однако она от­сутствует у людей в алкогольном опьянении и при усилении мышечной нагрузки незадолго до наступления смерти. Наблю­дается «гусиная кожа . Трупные пятна приобретают розовый цвет от перенасыщения крови кислородом, проникающим через разрых­ленную кожу. Важным, но редким признаком являются отмо­ рожения . О прижизненном действии низкой температуры сви­детельствуют также иней на ресницах; льдинки в отверстиях рта и носа, углах глаз; одежда, примерзшая к ложу, покрыто­му коркой льда. Отсутствие этих признаков может указывать на то, что труп сюда перенесен.

Смерть от переохлаждения, как правило, является следствием несчастного случая, более половины из погибших перед смер­тью находились в алкогольном опьянении. Однако описаны слу­чаи убийства, особенно новорожденных детей, оставленных без одежды или брошенных в холодную воду. В виде исключения встречаются самоубийства. Один из них исследован судмедэкс­пертом под Ростовом, когда был обнаружен в лесополосе труп человека в одних трусах, лежащий на снегу. Рядом с ним была аккуратно сложенная одежда, пустая бутылка из-под водки, а в кармане пиджака письмо с объяснением причин самоубийства.

Длительное нахождение трупа в условиях низкой темпера­туры приводит к его замерзанию или оледенению . Такие тру­ды технически вскрыть невозможно без предварительного мед­ленного оттаивания. Замерзание приводит к различным по­ вреждениям, которые следует выделять от прижизненных. Сюда можно отнести отделение эпидермиса, разрывы внутренних органов от льдинок, содержащих жидкость. Но особенно важ­но посмертное растрескивание или расхождение по швам кос­тей черепа вследствие расширения жидкостей в полости чере­да. При оттаивании мягкие ткани пропитываются кровью, и все это создает картину черепно-мозговой травмы . В отличие от прижизненных такие переломы всегда безоскольчатые, плос­кость перелома отвесная, нет повреждений компактного слоя кости.

Местное действие низкой температуры (отморожения) наблюдается в местах с резкой разницей в температуре по срав­нению с организмом в целом. При этом также важным являет­ся не только снижение температуры, но целый комплекс фак­торов. Отморожению подвергается чаще всего выступающие и периферические части тела (нос, уши, пальцы рук, стопа), осо­бенно при нарушении кровообращения в этих местах, напри­мер, от тесной обуви.

Отморожение и уточнение его глубины, то есть степени, раз­личают после отогревания тела. Выделяют четыре степени от­морожения, характеристика которых напоминает определение степени термических ожогов .

Первая степень приводит к отеку и багровой окраске кожи, которые исчезают в течение недели у живого человека, полнос­тью заживая в среднем через неделю.

Вторая степень характеризуется кровянистыми пузырями с отеками, наполненными желтоватой жидкостью, синюшной окраски. Заживление достигается через 2-3 недели и чрезвы­чайно болезненно. Обе степени после полного заживления сле­дов не оставляют.

Третья степень определяется по некрозу (омертвению) мяг­ких тканей. Поверхность кожи темно-синюшная, иногда с пу­зырями, резким отеком кожи. Омертвевшие ткани нагнаивают­ся, постепенно отторгаются и в течение 1-2 месяцев излечива­ются с образованием рубца.

Четвертая степень характеризуется некрозом всей толщи тканей, вплоть до костей. Отторжение омертвевших тканей про­ходит месяцами и очень болезненно, иногда с отпадением части тканей.

Отморожения редко являются объектом судебно-медицинской экспертизы, ибо обычно это результат несчастного случая. Поводом для экспертизы является установление процента стойкой утраты трудоспособности и в очень редких случаях в связи с подозрением получения отморожения с целью членовредительства.

К другим видам физического воздействия , помимо редко встречающихся изменений барометрического давления и лучис­ той энергии , относится действие электрического тока .