液氦的誕生
發(fā)布時(shí)間:2023-08-28 09:12:59
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1908年7月10日,荷蘭物理學(xué)家海克·卡默林·翁內(nèi)斯(HeikeKamerlinghOnnes)首次實(shí)現(xiàn)氦液化,他因在低溫下生產(chǎn)
液氦的工作而獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。氦是所有元素中沸點(diǎn)和熔點(diǎn)最低的化學(xué)元素。氦氣是元素周期表中的第一個(gè)惰性氣體族。它本質(zhì)上是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的惰性氣體。在荷蘭物理學(xué)家HeikeKamerlinghOnnes的努力下,液氦于1908年首次生產(chǎn)出來(lái)。
KamerlinghOnnes1853年出生于荷蘭格羅寧根,父親是一家磚廠的老板,母親是一位建筑師的女兒。在家鄉(xiāng)一所沒(méi)有古典語(yǔ)言的中學(xué)學(xué)習(xí)后,他接受了希臘語(yǔ)和拉丁語(yǔ)的額外指導(dǎo)。
1871年至1873年間,卡默林·翁內(nèi)斯作為德國(guó)物理學(xué)家羅伯特·本生和古斯塔夫·基爾霍夫的學(xué)生就讀于海德堡大學(xué)。18歲時(shí),他在烏得勒支大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院主辦的一場(chǎng)比賽中獲得金牌,并在明年格羅寧根大學(xué)舉辦的類似比賽中獲得銀牌,由此可見(jiàn)他的科學(xué)天賦。
1879年,格羅寧根大學(xué)授予他博士學(xué)位,在代爾夫特理工學(xué)院任教至1882年之后,他被任命為萊頓大學(xué)物理學(xué)教授,并一直留任至1923年。
受到同胞約翰內(nèi)斯·范德瓦爾斯和亨德里克·洛倫茨的理論和著作的啟發(fā),卡默林·昂內(nèi)斯重組了萊頓的物理實(shí)驗(yàn)室,并建立了低溫實(shí)驗(yàn)室,該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在以他的名字命名,以適應(yīng)他自己的計(jì)劃。這意味著萊頓迅速確立了世界低溫研究中心的地位,甚至有人說(shuō)地球上最冷的地方就位于萊頓。
他花了十多年完善低溫實(shí)驗(yàn)技術(shù),同時(shí)還研究低溫下的金屬和流體。到1906年,他成功建造了一臺(tái)改進(jìn)的氫液化機(jī),并于1908年7月0日生產(chǎn)出了液氦。
在那個(gè)潮濕多風(fēng)的日子里,KamerlinghOnnes在黎明前醒來(lái),前往他位于市中心的實(shí)驗(yàn)室,那里的技術(shù)人員已經(jīng)在努力工作。前一天液態(tài)空氣庫(kù)存已增至75升,他們開始了第一個(gè)液化氫氣的任務(wù)。到下午1點(diǎn)30分,他們已經(jīng)生產(chǎn)了20升液態(tài)氫,用于對(duì)氦氣進(jìn)行攻擊,并將其儲(chǔ)存在杜瓦瓶中。
根據(jù)理論,卡默林·昂內(nèi)斯知道他們需要多少氫氣以及氦氣實(shí)驗(yàn)需要多長(zhǎng)時(shí)間。下午2:30氦氣冷卻開始,半小時(shí)后溫度已降至93開爾文(-180攝氏度)。
1906年,KamerlinghOnnes采用了相同的技術(shù)迭代,使他們的實(shí)驗(yàn)室能夠以每小時(shí)4升的速度生產(chǎn)液態(tài)氫。這意味著已被液態(tài)氫和液態(tài)空氣預(yù)冷卻的氦氣可以通過(guò)多孔塞膨脹,將其冷卻到低得多的溫度。然后它被回收到塞子的另一側(cè),膨脹的氦氣通過(guò)塞子重新膨脹而進(jìn)一步冷卻。
到下午6點(diǎn)30分,溫度低于液氫溫度,最終達(dá)到6開爾文(-267攝氏度)。直到KamerlinghOnnes將最后一瓶液態(tài)氫連接到設(shè)備上之前,團(tuán)隊(duì)一直懷疑 他們是否注定要失敗,因?yàn)楹庖呀?jīng)循環(huán)了20次卻沒(méi)有任何跡象。
到晚上7:30,溫度穩(wěn)定在4開爾文(-269攝氏度),一位前來(lái)查看實(shí)驗(yàn)進(jìn)展的同事表示,溫度計(jì)似乎立在一盆液體中。經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察,卡默林·翁內(nèi)斯終于看出了液氦的液位!實(shí)驗(yàn)只產(chǎn)生了一小杯液氦,準(zhǔn)確地說(shuō)約為60毫升。
KamerlinghOnnes還在1911年發(fā)現(xiàn)并創(chuàng)造了超導(dǎo)一詞,表明某些電導(dǎo)體的電阻在接近絕對(duì)零(-273攝氏度)的溫度下突然完全消失。1908年,他對(duì)氦液化的低溫研究為他贏得了1913年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。推薦閱讀相關(guān)文章:
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