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大家好,我的专辑是无限哥轻聊化学元素,整体的结构是先讲述元素单质,再讲述与该元素相关的化合物。内容重点是元素与化合物的有趣故事,而且不会太长,突显“轻”这个关键字。如果需要了解化学知识点则请大家更多使用“百度搜索”,会比我更专业,哈哈。
无限哥:大家好,今天来做客的元素仍然是小氦同学,欢迎欢迎。
小氦:大家好,在上一期节目展现了我们氦元素在宇宙中壮观的恒星核聚变中的作用后,今天我将向大家介绍我们在另外一个领域的重要作用---超低温领域。
无限哥:这确实是一个巨大的跨度,核聚变可以算是超高温领域,然后突然又急转直下到超低温领域,氦元素真的是“手”够长的,哈哈开玩笑。
小氦:我正好想出一个对联,你评评。上联:左手一片炙热,握住热核聚变;下联:右手极度深寒禁锢原子抖动。横批:随心所欲。
无限哥:厉害了,本节目第一个由元素嘉宾给出的对联!那么我们进入正题吧,怎么算超低温领域呢?
小氦:不同于高温的应用,低温的应用范围很少。低温主要是用于对特定物质进行存储,如保持食物不腐败,将气体低温后液化存储运输;低温的另外一个用途是用于保护精密仪器和元件的运行。比如红外导弹、红外望远镜中的探测元件,只有被冷却到极低温度后,才能实施精准的制导。据说F22A战斗机作战状态中机体内存储了2吨以上的液氦,用于冷却相控阵雷达和尾喷口。
斯皮策太空望远镜
年发射的斯皮策空间红外望远镜也运行在L2点,同时使用昂贵的液氦作为制冷剂,其温度低至-.7摄氏度。但是,有限的液氦在年5月就用完了,导致其工作温度不断上升,此后的观测性能大打折扣。
地球自然环境能产生的低温是很有限的,年7月21日,南极洲的沃斯托克站(由前苏联考察队建立)记录到-89.2℃的气温,这是世界确证的最低自然温度,因此沃斯托克站所在地区被称为世界”寒极“。
地球寒极:沃斯托克站
这种温度可以满足人类生活中一些应用的需求,如食物的存储。但对于工业级应用,科研级的应用是不够的。要获得更低的温度,可以使用以下方法:
1、节流降温法:可以将空气基本液化
2、绝热膨胀降温法:在节流降温法的基础上可以将氦液化,可以降温至0.7-0.8K。
3、稀释制冷:该方法能获得2mK的温度
4、绝热去磁制冷法:可以产生1K以下的低温,目前该创造的最低记录为2X10-9K
5、激光制冷:该方法获得了5X10-10K,也就是1nK以下的温度。
无限哥:不过广大观众对于我们为什么要获得这种级别的低温还是有疑惑的,能举例讲解一下吗?
小氦:没问题呀,我们先列举一些有趣的现象,再列举具有实际意义的应用吧。首先我们列举一些有用的现象:
在零下多摄氏度,空气竟变成了浅蓝色的液体,叫做“液态空气”。鲜花在液态空气中浸一下,就变得像玻璃一样脆,一摆动,便叮当叮当直响。
被液态空气浸泡后被击碎的玫瑰花
鸡蛋、石蜡等在液态空气里,会像萤火虫似地射出荧光。鸡蛋射出的荧光是浅蓝色的,石蜡射出的荧光是浅绿色的。
金属在超低温世界中,也变得面目全非:水银在常温下,是闪耀着银光的液体。可是,如果你把水银温度计伸进液态空气,水银柱一下子就冻得像一根大头针似的!
铅平常是软绵绵的,要直就直,要弯就弯,非常“听话”,可是在超低温世界里,铅变得非常“倔强”,富有弹性,你一松手它就弹回去,恢复原状。一个铃铛如果用铅做的话,在常温下摇起来像个闷葫芦,但是用液态空气浸过以后,摇起来却发出银铃般清脆的响声!
锡跟铅恰恰相反,一把好端端的锡壶,在超低温下会碎成煤灰似的一团粉末。
我们最常见的水在零下70度时,莫氏硬度就已经达到了6超过了铁。
无限哥:哈哈,我想起来了《中华小当家》里有一段就是黑暗料理界的厨刀“北辰天狼刃”就是用冰块做的,切肉能保持肉的新鲜!
小氦:哈哈,确实有趣。但是切菜的低温级别对工业和科学研究就太弱了,工业和科学研究
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