信任我们都知道,有一种很懒的气体,一般不与其它物质发生化学反应,有必要降到足够低的温度时它才会液化,没错说的便是氦气。液氦被遍及的应用于各个领域。
国际上第一个制成液氦的科学家卡末林昂内斯,一起也发明了其时人工低温的国际记载,简直到达绝对零度。他也因而获诺贝尔物理学奖,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,母亲有艺术家的天分,姐姐是其时的画家。昂内斯中学时对文学很感爱好,是校园公认的小诗人。后来,他在广泛的阅览中对物理学发生稠密的爱好,总想澄清看不见摸不着的气体。
1870年,17岁的昂内斯中学结业后,没有像母亲期盼那样进入艺术学院进修,而是挑选了格罗宁根大学攻读物理学。
后来,因为成果优异,他转入德国闻名的海德堡大学学习。在那里,他遇到了闻名的物理学家基尔霍夫和化学家罗伯特威廉本生,并与他们结下了深沉的师生之缘。
有名师辅导,青年昂内斯决心满满。1882年他受聘为莱顿大学物理学教授之后,就想改进物理试验室向低温试验研讨进军。
为了招来科学技术人才,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陈述,里边提到了一个主张:期望校园注重人才的储藏和培育,除了吸引科学技术人才比方国外的学者外,还要创立一所技工校园,让学生们参与校园的试验研讨,争夺制作液氢、液氦等,在国际性的低温试验比赛中抢先一步。
昂内斯提交的陈述得到赞同,校方赞同他改进试验室配备,扩展试验室的规划。自此,他每天早出晚归,在做低温试验的一起,还要参与技工校园筹备会议,与来访学者面谈,给学生上课。
技工校园建成后,培育了许多的玻璃技师,不光满意了荷兰本国的需求,还被聘请到其它国家试验室作业。此外,技工校园结业的技师对本国的工业开展起到很大的促进的效果。
1894年,在昂内斯安排下,莱顿大学树立液态气体(如液氢)制作工厂和低温试验馆楼。经过工业规划树立试验室,这在国际历史上尚属初次。
自此,物理学由手工业办法走向规划研讨水平。荷兰也因昂内斯的研讨一跃进入其时的科技强国之列。
有了强有力的试验根底,昂内斯的气体液化研讨试验之路就晓畅多了。某天,他从杂志上看到一则音讯:英国皇家研讨所的物理学家杜瓦在试验中完成了氢气的液化和固化,本认为试验已到达低温的极限,但发现氦气还留在剩余空气中,用许多办法都没制得液氦。
“氦气不能液化,终究的原因应该是低温过程中呈现的技术问题。技术问题与试验室规划有关。或许杜瓦的试验室规划太小。”经过剖析,昂内斯得出这样的定论。
这个定论是有科学依据的。因为其时物理学家们主要是经过液体蒸腾及其它办法来取得低温。科学原理许多人都知道,问题是试验比较考究:一是需求技术配备,有些配备还要制作;二是规划要大,最根底的是要供给电力。
很显然,莱顿大学试验楼馆有这个实力。1908年7月10日下午13:30,莱顿大学低温试验楼馆三楼的液化中心,昂内斯和帮手们严重地盯着氦气温度计,不想错失指示器的一丁点改变。
他们选用液态氢降温预冷来制取液氦的办法,之前已把20升液态氢小心谨慎地灌入氦液化器中,液态氢带动氦气循环活动就会带来低温。
昂内斯让帮手们时而调理压力,时而加大胀大活塞的力度,以期促进液化器作业。
晚上19:30,一位在周围观看的教授忽然提示,温度计里的氦气是否也被液化了,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,成果让他喜不自禁试验恒温器简直装满液体,从液面周围的刻度看,高度有60厘米。
经过专业测验,液体温度达零下269摄氏度。这个低温下的液体,只或许是液氦!
很快,昂内斯经过相似试验把温度降低到零下272.11摄氏度。这个温度离人类所能到达的最低温度273.15摄氏度绝对零度只差1.04摄氏度。
取得成功的昂内斯没有骄傲,而是平静地投入到极低温状况下金属电阻的研讨中。
对此,其时有两种说法,即金属的电阻无限添加或无限削减。孰是孰非,只能用试验成果来说话。他先用铂丝做样品,成果极低温度下电阻呈现失常。
学生猜想是铂丝里有杂质,他用其时纯度最高的金属水银替代,发现降到零下268摄氏度时,水银的电阻消失。
1911年11月25日,昂内斯揭露作了《水银电阻消失速度的骤变》的陈述。尔后,他又发现锡、铅等金属在极低温下电阻状况也与水银相似。
所以,他撰文声称:“这些资料在低温下进入了一种新的状况,这种状况具有特别的电学性质,是一种超导现象。”“超导”一词发生了,沿用至今。
昂内斯因为低温研讨并成功制取液氦扬名西方,并在19位提名者中锋芒毕露,终究取得诺贝尔物理学奖。
与此一起,澳大利亚的一位年青人在晶体中的X射线衍射现象上取得重要发展,并取得1914年度诺贝尔物理学奖。
他是谁?有何精彩故事?欲知后事怎么,且听下集分化。
1.图书《诺贝尔物理学奖一百年》,2002年上海科学普及出书社出书,作者是郭奕玲、沈慧君
2.图书《权谋:诺贝尔科学奖的暗地》,中文版杨建军译,2005年上海科教出书社出书
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