低温物理学
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低温物理学 (英语:Cryogenics),又称低温学,是物理学的一个分支,主要研究物质在低温状况下的物理性质的科学,有时也包括低温下获得的生成物和它的测量技术。在低温物理学中的低温定义为 -153°C( -243°F,即120 K)以下的温度。
19世纪,英国物理学家法拉第在一次实验中偶然液化了氯气,他由此认为一切气体在低温高压的情况下都可以被液化。到了1840年代,法拉第本人已经成功液化了当时大多数的已知气体,只有氧气、氮气、氢气、一氧化碳、二氧化氮及甲烷六种气体无法液化,而且创出当时的最低温度( -110°C, 163K)。随后,低温设备不断被改良,逐级降温和定压气体膨胀方法开始广泛应用。1898年英国物理学家杜瓦成功液化氢气,标志著这六种气体都能够被液化。1895年,英国化学家从矿石中分离出更难液化的气体——氦气。直至1908年,才成功被荷兰莱顿大学的物理学家海克·卡末林·昂内斯液化,同时令低温记录创下新低( -269°C, 4K)。之后,昂内斯获得1913年的诺贝尔物理学奖。
1911年,昂内斯意外发现以( -268.8°C, 4.2K)的液氦冷却汞时,电阻突然骤降到接近零欧姆(0Ω),此现象即为超导现象。随后,他又发现在低温下铅、锡也和汞一样具有相似的超导特性。超导效应的发展前景可观,如果能使超导材料在室温下应用,将能大大提高输电的效能,延长材料使用的寿命,降低热损耗。近年,物理学家正不断寻找超导转变温度(Tc)更高的超导材料。目前,高温超导体已经成为凝聚态物理学中最热门的研究领域。