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-> 低溫的概念和應(yīng)用
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低溫技術(shù)不僅與人們當(dāng)代高質(zhì)量生活息息相關(guān)，同時(shí)與世界上許多尖端科學(xué)研究(諸如超導(dǎo)電技術(shù)、航天與航空技術(shù)、高能物理、受控?zé)岷司圩?、遠(yuǎn)紅外探測、精密電磁計(jì)量、生物學(xué)和生命科學(xué)等)密不可分。在超低溫條件下，物質(zhì)的特性會(huì)出現(xiàn)奇妙的變化，空氣變成了液體或固體，生物細(xì)胞或組織可以長期貯存而不死亡，導(dǎo)體的電阻消失了——超導(dǎo)電現(xiàn)象而磁力線不能穿過超導(dǎo)體——完全抗磁現(xiàn)象，液體氦的黏滯性幾乎為零——超流現(xiàn)象，而導(dǎo)熱性能比高純銅還好。
下面我們將以通俗易懂的方式介紹低溫趣事、低溫技術(shù)的應(yīng)用和低溫產(chǎn)生。自然界低溫大多數(shù)人知道，水的冰點(diǎn)是0℃(以下溫度凡未說明都以攝氏度計(jì))，比人的體溫低37度。在我國領(lǐng)土的最北端漠河，冬天最低溫度可達(dá)零下50-60度，當(dāng)飛機(jī)在8,000米高空飛行時(shí)，高空的氣溫低達(dá)零下80多度，而地球南極的冬天氣溫可低達(dá)零下90度。在太空，遠(yuǎn)離太陽，接收太陽光的熱愈少，則溫度愈低。月球背陽面的溫度為零下160多度，而冥王星溫度是零下229度。在遠(yuǎn)離恒星的遼闊無際的超冷區(qū)域，大體溫度是零下270度。
物態(tài)/物性與溫度的關(guān)系，在夏天奔瀉呼嘯的黃河到冬天可以走汽車，人們天天呼吸的空氣到零下196度都會(huì)變成液體，如果進(jìn)一步降溫到零下217度，則空氣也凍成了堅(jiān)硬的固體?？傊?，隨著溫度降低，人們生存必需的氧氣，用于電弧焊接保護(hù)的氬氣，占空氣77%的氮?dú)?，充霓虹燈的氖氣和充灌氣球的氫氣都相繼液化和凍結(jié)。氦氣是最后被液化的氣體，在大氣中氦氣含量不到百萬分之一，原先只在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)氦的譜線，后來在鈾礦和天然氣中發(fā)現(xiàn)地球上也有，由于它的液化溫度低，直到20世紀(jì)初才被液化，液氦在大氣壓下無論如何降溫也不凍結(jié)成固體，只有在25大氣壓以上才會(huì)凝結(jié)成固體。
由上面的敘述可見，隨著溫度降低，室溫時(shí)的氣態(tài)物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成液態(tài)、固態(tài)。如果升高溫度(數(shù)百萬度)，氣態(tài)可以轉(zhuǎn)化為等離子態(tài)，所有原子和分子游離成帶電的電子和正離子，人們稱等離子態(tài)為物質(zhì)的第四態(tài)。一些金屬、合金、金屬間化合物和氧化物，當(dāng)溫度低于臨界溫度時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)電性(即零電阻現(xiàn)象)和完全抗磁性(把磁力線完全排除出體外現(xiàn)象)。液氦溫度低于零下271度時(shí)還出現(xiàn)超流現(xiàn)象，液體的黏滯度幾乎為零，杯子內(nèi)的液氦會(huì)沿器壁爬到杯子下面，液體的傳熱系數(shù)比銅還好。上述兩種現(xiàn)象可稱為超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)，人們把超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)稱為物質(zhì)的第五態(tài)。
那么低溫是否有盡頭？對此問題英國科學(xué)家開爾文在1848年已做了回答，從理想氣體的壓力、體積與溫度的關(guān)系式，他推論絕對溫標(biāo)的0度是低溫的盡頭。所謂絕對0度，即攝氏零下273.15度（記為0K，絕對溫度=攝氏溫度+273.1），正如理論上所說它是分子運(yùn)動(dòng)完全停止的溫度。在自然界，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)存在的形式，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的固有屬性，要物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)完全停止是辦不到的，但人們可以不斷地接近絕對零度。有報(bào)道說，最低的溫度記錄是3.3‘10-8K。隨著溫度降低金屬材料的長度會(huì)縮短，導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度提高，比熱減小，熱導(dǎo)率也有大的。
