如何快速大量制冰,自己在家怎么大量快速制冰

首页 > 生活 > 作者:YD1662024-12-01 22:12:15

第一个关键人物是我们熟悉的迈克尔·法拉第,到1845年他就已经通过初级的压缩和冰浴,获得了多种气体的液态形式,以他当时的技术,能够获得最低-130°C的低温。

不过,在他的尝试中也有几种无论如何也无法液化的气体,包括氧气、氮气、氢气,受限于当时的理论,法拉第认为这几种气体属于“永久气体”,无法被压缩成液态。

现实当然不是法拉第他老人家认为的那样,这几种气体只是有些顽固,不过法拉第也算是把挑战绝对零度的进度提到了山脚下,而面前的几座山头,正是氧气、氮气、氢气等。

到了1870年代末,法国人路易斯·保罗·卡耶泰率先制得了液氧和液氮,两者分别能获得-183°C和-196°C的低温,其中用到了一个重要的原理——焦耳-汤姆森效应。

从现象上来看,焦耳-汤姆森效应其实还算比较常见,比方说我们玩打火机时,如果不点燃单纯释放里面的液化气一会,就能摸到液化气出口处有冰冷的感觉,这就是效应描述的现象之一。

如何快速大量制冰,自己在家怎么大量快速制冰(5)

更具体和严谨的描述是,气体在等焓的环境下膨胀,会使温度上升或下降。另外,存在一个所谓反转温度,当环境温度低于反转温度,通常表现为温度下降,反之温度上升。

气体等焓膨胀时存在两种变化:分子平均距离增加,势能上升令动能下降,使温度下降;分子平均距离增加也会导致单位时间内平均碰撞次数下降,碰撞转化的势能下降,动能上升导致温度上升。

总结起来就是当环境温度低于反转温度时,前者导致的温度下降比较显著,而环境温度高于反转温度时,后者导致的温度上升比较显著。大部分气体的反转温度都高于室温,即膨胀过程温度下降。

但是,氢气和当时还没有被分离出来的氦气都是例外,它们的反转温度要远低于室温,即便制取到了它们在室温下膨胀反而会升温。

如何快速大量制冰,自己在家怎么大量快速制冰(6)

接下来的重要人物是来自苏格兰人詹姆斯·杜瓦,他要挑战的正是当时最后一种“古怪”的“永久气体”氢气。

当年的科学家们预计要制得液态的氢,至少要达到-250°C,而这个温度以当时的技术和设备是一个不可能的挑战,杜瓦也必须要发明新的设备,他的贡献也恰恰在此。

杜瓦的方案从原理上来说并不复杂,可以说是“大力出奇迹”,他设想的方案是,先用一种可以在常温下压缩液化的气体,液化后再使其膨胀获得低温,冷却下一种更难被液化的气体,液化后再冷却下一种……

如此环环相扣,最终就可以获得足够低的温度,让氢气液化,这种多级串联的方案或许不是杜瓦独创,但是却是他真正实现的,关键就在于仪器设备的制造。

仪器设备需要大量的资金,杜瓦因此会在皇家学会的实验室向客人演示一些液化气体的独特属性,用实验来吸引大家的注意力。

如何快速大量制冰,自己在家怎么大量快速制冰(7)

但是实验哪能一帆风顺,1886年,伦敦发生了一起可怕的爆炸,杜瓦在实验中不慎将液氧和液态乙烯混合在了一起引起了爆炸,差一点断送了他的科学生涯。

不过,很快杜瓦就通过氯甲烷-乙烯-氧气-氢气多级串联的方式制得了仅仅20立方厘米的液氢,当时储存的罐体承受了180个大气压,温度达到了-205°C。

如何快速大量制冰,自己在家怎么大量快速制冰(8)

上一页1234下一页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.