书城童书物理知识知道点:热学大探秘
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第28章 神奇的超低温世界

1960年8月24日,科学家在南极洲测得了-88.3℃的低温数值,这在当时是从来没有过的最低气温记录。难怪人们把那里称为“世界寒极”。

寒冷的南极洲可是,跟月亮相比,地球上的寒极还算暖和的哩!在月亮上,背着太阳那一面的温度,能下降到-160℃,真是个名副其实的“广寒宫”啊!不过,这还不是最低的温度。在宇宙深处远离太阳的海王星,温度竟低到-229℃。

那么,寒冷到底有没有尽头呢?

科学家们从理论上推算出这个尽头为-273.16℃,称它为“绝对零度”;人们通常把零下一二百摄氏度以下的低温,叫做超低温。

随着温度的不断降低,物质发生着巨大的变化,出现了许多神奇的现象。

20世纪初,英国著名探险家斯科特率领一支船队,浩浩荡荡直奔南极,南极洲遥遥在望了,探险队员们都在紧张地为登陆做准备。突然船上的油库焊缝上的锡变成了灰色粉末,焊锡口全裂开了。于是这次探险活动被迫中断。这个谜,经过好长一段时间科学家才弄明白,原来寒冷像魔术师一样,把锡块变成了锡粉。

这种现象在俄国也曾发生过。

19世纪的一个冬天,俄国彼得堡的天气异常寒冷。彼得堡军用仓库管理员向军队发放了崭新的军大衣。官兵们接到这批军大衣后,发现所有的军大衣都没有纽扣。他们非常气愤,于是上告到沙皇那里。沙皇听了勃然大怒,下令要严惩监制军装的大臣。大臣哀求沙皇宽限他几天,以便进行调查。

大臣到了仓库,一看别的军装也都没有扣子。管理员告诉他,军装入库时是有扣子的。为什么军装在仓库里纽扣就消失了呢?大臣非常惊奇。他又仔细观察了一会儿,发现钉扣子的线没有割断的痕迹,只是在每个钉扣子的地方有一小堆灰色粉末。管理员告诉他,军装上原来钉的是锡做的纽扣。

“为什么锡扣子在仓库里变成灰色粉末了呢?”大臣百思不解,找到了彼得堡科学院,请他们给予解释。科学家们为这个问题搅尽了脑汁。后来,一位科学家跑到大臣那里,说他能解开这个谜。大臣半信半疑,就和科学家一起去拜见沙皇,说锡纽扣变成粉末是天冷冻的。沙皇不相信,非要科学家拿出证据不可。科学家要了一把锡酒壶放到花园里的一个石头桌子上。几天以后,科学家和大臣陪同沙皇一起到花园去观察锡壶。一看,锡壶仍旧放在那里,沙皇、大臣不约而同地怒视着科学家。科学家胸有成竹地走到锡壶跟前,轻轻地用手指一捅,锡酒壶就像沙子堆似的塌了下来,变成一堆粉末。科学家解释说,因为今年冬天天气特别冷,所以把军大衣上的锡纽扣和锡酒壶冻成锡粉末了。寒冷为什么会把锡纽扣冻成锡粉呢?

原来,锡有两种同素异晶体。在熔点以下,18℃以上时,锡为白色,叫白锡,很稳定,具有正方晶格,比重为7.3;温度低于18℃时,锡多为灰锡,其结晶为钻石形的立方晶格,比重为5.85。锡随温度的降低由白锡变为灰锡时,其晶格结构要发生改变,其体积增加30%左右,锡便崩解了。人们把锡的崩解,叫做“锡疫”,也叫做锡的“相变”。但我们为什么不能经常看见锡的这种崩解现象呢?这是因为在温度略低于18℃时,相变速度很慢,随着温度的继续下降,相变速度加快。当温度下降到-30℃时,相变速度最快。锡的相变速度除了与温度有关外,还与锡所含的杂质有关。就拿锑来说吧,它就可以减慢锡的相变速度,当锡中含锑量达到0.5%时,就可以阻止相变的发生。

后来,人们陆续发现,在零下190多摄氏度,空气会变成浅蓝色的液体。到-200℃以下,橡胶变得像玻璃一样脆;水银成了固体,而且可以锤成薄片;鸡蛋摔在地上会像皮球一样跳起来。

研究各种物质在超低温世界里的性质,可以使我们进一步了解物质构造的本质。

科学家们发现,金属导体的电阻随温度的增高而增大,随温度的降低而减小。1911年,荷兰物理学家卡麦林·翁纳斯一次在低温下测量水银,发现了一种奇特的现象,当温度下降到-269℃的时候,它的电阻突然消失了。这种现象被称为“超导电性”,具有超导电性的物质,叫做“超导体”。以后,又接连发现,铝、锡、铅、铌、钽等金属,在一定的低温环境里,也具有完全导电的超导电特性,至今已获得几十种金属、几千种合金及化合物的超导体。采用超导体这门新技术,通讯卫星的重量可减轻到2千克多一点;悬浮火车能够离开轨道一定的高度,以每小时500~1000千米的速度运行……目前,人们利用超低温技术,把空气降温加压制成液态空气。然后再慢慢蒸发、分馏,便可制得纯净的氧气、氮气、二氧化碳、氦气、氖气、氩气等。几年前,我国试制成功一种空心里边流着液态空气的“冷刀”,做起手术来,能起麻醉、止血作用,减轻了病人的痛苦。

为了彻底揭开超低温世界的秘密,科学家们正在顽强地向绝对零度进军,让它为人类作出更大的贡献。