书城科普读物南极北极哪里冷
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第60章 氦的液化温度

大家都知道,地球上最寒冷的地方在南极,那里一年四季气温都在零度以下,最低可达到零下94℃。

不过我要告诉大家,在地球上还有远比南极更冷的地方,甚至可以冷到零下200℃以下,那就是在低温物理学家的实验室里。低温物理学是一门研究各种物质在超低温环境下会发生什么奇妙变化的学科。它的诞生要归于制冷机的发明。

现在家家都有冰箱,可以将暂时不吃的食物冷藏保存起来。古代没有这样的装置,只好在冬天从结冰的河里凿出大块的冰,放到地窖保存到夏天,再将食物放到冰上避免腐坏。

1755年,英国化学家卡伦发明了一种最早的制冷机,他先用气泵将水的表面抽成真空,强迫水迅速挥发,这一过程会吸收周围和自身的热量,最后水变冷而结冰。

19世纪,由于热力学的发展,科学家认识到气体的更多特性,开始通过压缩气体使其在常温下体积缩小而液化。利用这种方法,可在零下十几摄氏度和一定的压力下制成液氯和液态二氧化碳。然后让液氯或液态二氧化碳在常温下快速挥发,自身温度就会急剧下降,可获得零下几十摄氏度的低温。

此后,人们又采用分级挥发制冷的方法,先制成液态二氧化碳,然后使其挥发变冷,用来冷却其他气体,这样一步步降低温度,最终可以获得零下100℃以下的超低温。利用这种方法,科学家先后制成液氧和液氮。

不久,英国人汉普森和德国人林德又发明新的压缩制冷方法,先将气体强力压缩,这时气体就会发热,将其冷却至常温后再撤除压力让它膨胀,在此过程中要吸收很多的热,自身就会迅速变冷,然后再将其压缩,反复这一过程,就会变得越来越冷。人们用这种方法获得零下240℃以下的超低温,先后制成液氢和固态氢。

20世纪初,荷兰科学家昂内斯开始向绝对零度这一目标挑战。他首先制得液氢,然后用液氢将氦气冷却到零下255℃,再让它膨胀变冷,最终获得零下269℃超低温,氦气变成无色透明的液体。昂内斯再接再厉,将温度一直冷却至零下272℃,已经接近绝对零度了,但始终未能获得固态氦。原因是即使在绝对零度,氦分子仍然具有少量的内能,也称“零点能”,它是目前人们知道的即使在绝对零度也不结冰的唯一物质。直到1926年,科学家在25个大气压和零下272℃条件下才制成固态氦。昂内斯因此获得1913年诺贝尔物理学奖。

卡默林-昂内斯,H。