低温物理学
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，标志着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。
定义与差别
[编辑]低温物理学
[编辑]低温物理学是研究如何有效率制造低温环境，并研究物质于低温状态下的变化，例如，粒子震动的变化。此外，低温物理学常用绝对温度（K）及兰金温标（°R）为温度标准，很少会使用摄氏（°C）及华氏（°F）。
低温生物学
[编辑]低温生物学是生物学的分支之一，主要研究生物器官在低温下的状态及影响。低温生物学最热门的研究为低温繁殖技术。
人体冷藏学
[编辑]人体冷藏学是一项尚未成熟的技术，目的是要冷却人体或动物，并希望能在未来使其复活。人体冷藏学与低温生物学不同，现时并没有一个实际而成功的例子。部分人对其可行性有所怀疑，其中有不少是科学家及医生。而且，人体冷藏学还需要面对其相关学科的应用，如低温物理学、低温生物学、流变学、医学等等，令其实现增添难度。
低温标准
[编辑]低温物理学的英语(Cryogenics)源自希腊语，字面意思是“the production of icy cold”，即“冰冻的产物”，又可解作“在低温状态”的类义字。但是，仍没有为低温定下标准，因而没有说明需要制冷至几度才是低温物理学的范畴。美国国家标准技术研究所（NIST, National Institute of Standards and Technology）指出，一般而言温度必须低于 -153°C，即120 K，才并入低温学范畴[1]。这温度易于区隔常用冷媒与液氧、液氮等。
工业应用
[编辑]工业应用上制造液化气体，如液态氮及液态氦，其中也会使用到低温物理学的技术。
参考文献
[编辑]- 《超流体》/（美）沈星扬著 (1982). - 北京：科学出版社
- Mendelsohn, Kurt (1966). The Quest for Absolute Zero: The Meaning of Low Temperature Physics. New York: World University Library.
- "About Cryogenics" https://trc.nist.gov/cryogenics/aboutCryogenics.html （页面存档备份，存于互联网档案馆）.
参见
[编辑]
- ^ About Cryogenics. trc.nist.gov. [2023-05-23]. （原始内容存档于2023-05-08）.