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乐鱼app:全邦上第一桶液氮的出世:相当之瑰异
添加时间:2024-02-07

  相信大家都知道,有一种很懒的气体,一般不与其它物质发生化学反应,必须降到足够低的温度时它才会液化,没错说的就是氦气。液氦被广泛运用于各个领域。

  世界上第一个制成液氦的科学家卡末林昂内斯,同时也创造了当时人造低温的世界记录,几乎达到绝对零度。他也因此获诺贝尔物理学奖,被同行尊称为“零度先生”。

  卡末林昂内斯是正宗的“富二代”,父亲是工厂厂长,母亲有艺术家的天赋,姐姐是当时的画家。昂内斯中学时对文学很感兴趣,是学校公认的小诗人。后来,他在广泛的阅读中对物理学产生浓厚的兴趣,总想弄清看不见摸不着的气体。

  1870年,17岁的昂内斯中学毕业后,没有像母亲期盼那样进入艺术学院进修,而是选择了格罗宁根大学攻读物理学。

  后来,由于成绩优异,他转入德国著名的海德堡大学学习。在那里,他遇到了著名的物理学家基尔霍夫和化学家罗伯特威廉本生,并与他们结下了深厚的师生之缘。

  有名师指导,青年昂内斯信心满满。1882年他受聘为莱顿大学物理学教授之后,就想改善物理实验室向低温实验研究进军。乐鱼app

  为了招来科技人才,1884年夏,荷兰莱顿大学的物理学教授卡末林昂内斯向上级提交了一个重要的报告,里面提到了一个建议:希望学校重视人才的储备和培养,除了招揽科技人才比如国外的学者外,还要创建一所技工学校,让学生们参加学校的实验研究,争取制造液氢、液氦等,在世界性的低温实验角逐中领先一步。

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  昂内斯提交的报告得到批准,校方同意他改善实验室装备,扩大实验室的规模。自此,他每天早出晚归,在做低温试验的同时,还要参加技工学校筹备会议,与来访学者面谈,给学生上课。

  技工学校建成后,培养了大量的玻璃技师,不但满足了荷兰本国的需要,还被聘请到其它国家实验室工作。此外,技工学校毕业的技师对本国的工业发展起到很大的促进的作用。

  1894年,在昂内斯组织下,莱顿大学建立液态气体(如液氢)制造工厂和低温实验馆楼。通过工业规模建立实验室,这在世界历史上尚属首次。

  自此,物理学由手工业方式走向规模研究水平。荷兰也因昂内斯的研究一跃进入当时的科技强国之列。

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  有了强有力的实验基础,昂内斯的气体液化研究实验之路就通畅多了。某天,他从杂志上看到一则消息:英国皇家研究所的物理学家杜瓦在实验中实现了氢气的液化和固化,本以为实验已达到低温的极限,但发现氦气还留在残余空气中,乐鱼app用很多方法都没制得液氦。

  “氦气不能液化,根本原因应该是低温过程中出现的技术问题。技术问题与实验室规模有关。可能杜瓦的实验室规模太小。”经过分析,昂内斯得出这样的结论。

  这个结论是有科学依据的。因为当时物理学家们主要通过液体蒸发及其它办法来获得低温。科学原理很多人都知道,问题是实验比较讲究:一是需要技术装备,有些装备还要制造;二是规模要大,最基础的是要提供电力。

  很显然,莱顿大学实验楼馆有这个实力。1908年7月10日下午13:30,莱顿大学低温实验楼馆三楼的液化中心,昂内斯和助手们紧张地盯着氦气温度计,不想错过指示器的一丁点变化。

  他们采用液态氢降温预冷来制取液氦的方法,之前已把20升液态氢小心翼翼地灌入氦液化器中,液态氢带动氦气循环流动就会带来低温。

  昂内斯让助手们时而调节压力,时而加大膨胀活塞的力度,以期促进液化器工作。

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  晚上19:30,一位在旁边观看的教授突然提醒,温度计里的氦气是不是也被液化了,所以指针才不动,不如直接用探照灯看看恒温器吧。

  一语惊醒梦中人。昂内斯当即照办,结果让他喜出望外实验恒温器几乎装满液体,从液面旁边的刻度看,高度有60厘米。

  经过专业测试,液体温度达零下269摄氏度。这个低温下的液体,只可能是液氦!

  很快,昂内斯通过类似实验把温度降低到零下272.11摄氏度。这个温度离人类所能达到的最低温度273.15摄氏度绝对零度只差1.04摄氏度。

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  获得成功的昂内斯没有自满,而是平静地投入到极低温状态下金属电阻的研究中。

  对此,当时有两种说法,即金属的电阻无限增加或无限减少。孰是孰非,只能用实验结果来说话。他先用铂丝做样品,结果极低温度下电阻出现反常。

  学生猜测是铂丝里有杂质,他用当时纯度最高的金属水银代替,发现降到零下268摄氏度时,水银的电阻消失。

  1911年11月25日,昂内斯公开作了《水银电阻消失速度的突变》的报告。此后,他又发现锡、铅等金属在极低温下电阻情况也与水银类似。

  于是,他撰文宣称:“这些材料在低温下进入了一种新的状态,这种状态具有特殊的电学性质,是一种超导现象。”“超导”一词产生了,沿用至今。

  昂内斯由于低温研究并成功制取液氦扬名西方,并在19位提名者中脱颖而出,最终获得诺贝尔物理学奖。

  与此同时,澳大利亚的一位年轻人在晶体中的X射线衍射现象上取得重要进展,并获得1914年度诺贝尔物理学奖。

  他是谁?有何精彩故事?欲知后事如何,且听下集分解。

  1.图书《诺贝尔物理学奖一百年》,2002年上海科学普及出版社出版,作者是郭奕玲、沈慧君

  2.图书《权谋:诺贝尔科学奖的幕后》,中文版杨建军译,2005年上海科教出版社出版

  3.论文《百年诺贝尔物理学奖探析》,《物理》2002年第10期,作者仲伟纲、丰建淑