首页 / 科技之最

科学史上最经典的大力出奇迹,莫过于用“土法制冷”挑战绝对零度

2024-12-06 10:55科技之最

19世纪70年代末,法国科学家路易斯·保罗·卡耶泰在低温研究方面取得了重大突破。他成功地制得了液氧和液氮,液氧的温度达到了-183°C,液氮的温度则达到了-196°C。

这一成果的取得,为低温领域的发展带来了新的契机。

卡耶泰的成功并非偶然,他充分运用了焦耳 - 汤姆森效应。这一效应表明,气体在等焓环境下膨胀时,温度会发生变化

当环境温度低于某一反转温度时,气体膨胀会导致温度下降;反之则会上升。大多数气体的反转温度高于室温,所以在膨胀过程中温度通常会下降。

不过,氢气和当时尚未分离出的氦气是例外,它们的反转温度远低于室温,这就导致在室温下膨胀时它们的温度反而会升高。在卡耶泰取得重要成果之后,苏格兰科学家詹姆斯·杜瓦成为了挑战“永久气体”氢气液化的关键人物。当时,科学界普遍认为,要将氢气液化,至少需要达到-250°C的极低温度,这在当时的技术条件下,无疑是一项极其艰巨的任务。然而,杜瓦并没有被困难吓倒。他设想了一种独特的方法:首先使用一种能够在常温下压缩并液化的气体,通过液化后再膨胀来获得低温,然后用这种低温去冷却下一种更难液化的气体。

如此层层递进,逐步达到使氢气液化所需要的足够低的温度

为了实现这一目标,杜瓦面临着诸多技术难题,同时他还必须发明新的设备。而制造这些设备需要大量的资金,为了筹集资金,杜瓦常在皇家学会的实验室中向来宾展示液化气体的独特性质,以吸引他们的关注

但实验过程并非一帆风顺。1886年,在伦敦发生了一次严重的爆炸事故。

杜瓦在实验中不慎将液氧与液态乙烯混合,这一意外差点让他的科学事业就此终结不过,杜瓦并没有选择放弃

他通过氯甲烷、乙烯、氧气和氢气的多级串联方法,经过不懈的努力,终于成功制得了仅20立方厘米的液氢。当时,储存罐承受了180个大气压,温度达到了-205°C。

杜瓦将液氢引入膨胀管,观察到温度计的读数稳步下降,最终达到了-252°C的新纪录,成功地完成了这一几乎“不可能的挑战”。

杜瓦的成功为低温研究打开了新的局面,荷兰科学家昂内斯则在此基础上继续前行。昂内斯利用杜瓦的装置以及充足的资金,建造了液氢工厂。

经过持续不断的努力,他创造了奇迹,成功制得了液氦,温度达到了4.2K(-268.95°C)。

在接近绝对零度的温度下,许多物质展现出了前所未有的特性。这一发现对于流体力学和电磁学等领域具有重要的意义。昂内斯的这一成就,使他荣获了诺贝尔奖,同时也推动了低温物理学的进一步发展

让我们把时间回溯到更早的时候。早在1702年,法国物理学家纪尧姆·阿蒙顿就率先提出了寒冷是否有极限的问题。

为了探究这个问题,他对温度计进行了改进。他所使用的是一种将空气和水银相结合的温度计,通过空气体积随温度变化而带动水银移动来显示刻度

在反复的实验和观察中,阿蒙顿发现温度计的最小数值存在一个极限,也就是零点,按照现今的推算约为 -240°C。这一发现,如同在黑暗中点亮了一束希望之光,为后续的研究奠定了基础。时间来到1785年,法国物理学家雅克·查尔斯接过了探索的火炬。他通过一系列精心设计的实验,发现了气体在压强恒定时,温度与体积之间的奇妙关系。

他的实验结果表明,在体积恒定的情况下,温度每降低1°C,气体的压强大约会降低其在0°C时压强的1/273。根据这一规律进行推算,当气体温度降低到 -273°C时,压强就会变为零,形成真空。

尽管这一极限在当时看来似乎遥不可及,但却为后来的研究指明了方向。19世纪,英国物理学家威廉·汤姆森(即开尔文男爵)依据前人的研究成果,正式提出了绝对零度的概念。他将绝对零度解释为物体内能降低至零,分子运动完全停止的状态。

这一概念的提出,为热力学领域设定了一个终极目标,引发了科学界对低温极限更为深入的探索

在追求绝对零度的道路上,迈克尔·法拉第是一位重要的先驱。1845年,法拉第通过初步的压缩技术和冰浴法,与温度展开了一场激烈的较量。

在他的努力下,多种气体成功地转化为液态,达到了 -130°C的低温这是一个了不起的成就,然而,氧气、氮气和氢气等几种气体却始终难以被液化

受当时理论的限制,法拉第将这些气体视为“永久气体”,认为它们无法被压缩成液态。尽管如此,法拉第的研究为后来的科学家们指明了前进的方向,如同在挑战绝对零度的征途中,为后人将脚步推进到了山脚下。在人类探索低温领域的征程中,这些科学家们的探索精神和不懈努力,推动了人类对温度极限的认识不断深化。他们的研究成果不仅在科学理论上具有重要意义,也为后来的实际应用奠定了坚实的基础

他们的付出,让我们对温度的奥秘有了更为深入的理解,也让我们对未知的世界充满了更多的期待与憧憬

更新于:2个月前
本站内容均来源于互联网,部分视频来源于腾讯提供的引用免费视频代码,视频开头广告属于腾讯视频自带广告与本站无关,内容仅供参考学习交流并不代表本站观念,如无意中侵犯您的权益请来信告知,本站会立即屏蔽或根据要求修改或删除处理,联系邮箱 laodilailiao@foxmail.com

猜你喜欢

  • 世界最长

    中国又火了!中国“切断”世界最长河流,美日直呼:绝对不可能

    导语近日接连爆出好消息,上周我们完成了我国自主研发的最大直径的盾构机,而在接着的消息中,我国承担了伊朗的一个项目,而这一项目也是在非洲洲,而这个项目就是我们专门为非洲打造的大坝,而根据苏丹政府的数据显示,我国的工程技术更胜一筹。同时,美国和日本都纷纷开始担心起来,美国和日本的工程师都表示,哪有什么大..

    2025-02-27
  • 世界最长

    中国又火了!中国“切断”世界最长河流,美日直呼:这绝对不可能

    听说关注我的人,都实现了财富自由!你还在等什么?赶紧加入我们,一起走向人生巅峰!中国工程尼罗河:一段跨越山海的友谊如何“截断”世界最长河流?尼罗河,这条贯穿非洲大陆的母亲河,孕育了灿烂的古埃及文明,滋养着一代又一代非洲人民,这条生命之源也时常展现出它狂野的一面,洪水泛滥的威胁始终如同达摩克利斯之剑,..

    2025-02-27
  • 世界最长

    中国大动作!切断世界最长河流,美日直呼:绝对不可能

    哎呀妈呀,中国工程师竟在苏丹尼罗河上的大动作,美日都没这胆!在苏丹这样一个不起眼的地方,中国工程师不仅造出了一座大坝,还造得这么漂漂亮亮,连美国和日本这样的技术大国都没想到!这事儿,可真是闹大了,值得咱们深挖一番。先说这座大坝,名叫“麦洛维”,不仅仅是挡水的,它的背后可是有故事的。中国工程师一手操办..

    2025-02-27
  • 世界最高

    你绝对不知道的世界上最高的5座山峰!

    1.珠穆朗玛峰 (Mount Everest)高度:8,848.86 米(29,031.7 英尺)位置:尼泊尔与中国(西藏自治区)边界特点:珠穆朗玛峰是世界最高的山峰,屹立在喜马拉雅山脉中。它的名字在尼泊尔语中意味着“世界之母”,在藏语中意为“神圣的三神山”。珠穆朗玛峰吸引了无数的登山者,尽管它的攀登极为艰难,但每年都有冒险家和登山队..

    2025-02-27
  • 探索百科

    玛雅人的建筑奇迹 为何会在丛林中建造城市不曾得知

    为何选择在丛林中建造城市研究结果表明,玛雅文明在当时,并不是只生活在中美洲地区,他们甚至已经逐渐的扩展到了亚马逊流域,也出现了大量的玛雅金字塔群遗迹。玛雅文明的身上,存在着太多难以破解的谜团,其中备受瞩目的一个问题就是,玛雅人为什么会将城市建造在丛林的深处,他们这样做的目的究竟是什么,或许只有他们自..

    2025-02-25
  • 世界上最低的温度,绝对零度-273.15℃后无法下降

    人类所能适合生存的温度差就只有那么点限制,但是显然世界上能达到的温度,是人们所不能想象的。那么,地球上最低的温度是多少呢,没错就是绝对零度了,因为实验证明达到这个温度后,就再也无法下降了,并且一些物质在绝对零度的时候,会发生质的改变。世界上最低的温度:绝对零度要说目前世界上最低的温度是什么,那肯定就..

    2025-02-23
  • 全球最热撒哈拉沙漠下雪了,有生之年的奇迹

    世界上最不可能下雪的地方是哪里?很多人可能会想到撒哈拉沙漠。的确,这个平均气温达30C的地方是世界上最热最干燥之地,还有神秘的撒哈拉之眼,仿佛确实与雪无缘。但是,最近阿尔及利亚的撒哈拉沙漠小镇艾因塞夫拉的居民却在雪中睁开睡眼,他们表示惊呆了!近日,网上一组撒哈拉沙漠下雪的照片引起了众多网友的关注,据了解..

    2025-02-23
  • 十大日本经典动漫排行榜 更新的我们都老了

    动漫是很多人们都非常喜欢的影视类型,我们大家都知道,世界上最好的动漫就是日本的动漫了,日本人在动漫还有美术这一方面都非常的有天赋,这使得日本的动漫行业发展非常迅速,日本的经典动漫更是伴随着一代又一代人的童年,今年小编带领大家了解一下日本经典动漫排行榜,这些动漫你都看过吗?10、《聪明的一休》 聪明又正..

    2025-02-22