萱草|低温下有什么神奇的物理现象
一波冷空气席卷全国 。 北京的朋友已经收到来自西伯利亚的“礼物”——强冷空气 。 西伯利亚这份“大礼包”给北方的人们带来一节生动的物态相变课程——2020年的第一场雪 。 没错 ， 四季变化、温度交替、风霜雨雪都是大自然给予人们最好的礼物 ， 也为人们认识丰富的物质世界打开了一扇窗 。
我们借着西伯利亚这一波强冷空气 ， 打开低温世界的大门 ， 从人们可以感受到的温度变化一直走到接近“绝对零度”的极低温世界 。
打开这扇大门之前 ， 我们先来介绍温标的概念 。 温标之于温度 ， 就好比尺子之于距离 ， 天平之于质量 ， 温标是衡量温度的标尺 。 常用的温标有三种：华氏温标、摄氏温标和绝对温标 。 华氏温标和摄氏温标不再过多解释 ， 这两种温标都依赖于测温物质的物理性质 ， 统称为经验温标 。 绝对温标不依赖于测温物质 ， 由热力学第二定律的推论卡诺定理来定义 ， 也称为开尔文温标或者热力学温标 ， 绝对温标利用理想气体在体积一定的情况下 ， 压强与温度之比为常数 ， 将所有理想气体压强-温度曲线反推交点的温度定为绝对零度 ， 最小间隔与摄氏温标相同 ， 单位为开尔文K ， 则水的三相点温度（0.01℃）为273.16K 。 热力学第三定律指出 ， “绝对零度”无法通过有限次步骤达到 。
水的相图 ， 描述的是水在不同温度和压力条件下的存在状态
三种温标的换算关系为：摄氏温标(t)与绝对温标(T)的关系为 T=t+273.15；摄氏温标(C)与华氏温标(F)的关系为 F=1.8C+32
带着温标这把“标尺” ， 我们一起打开低温世界的大门 ， 看看从0摄氏度到接近绝对零度都有哪些神奇的现象吧 。 为了方便读者理解 ， 以下内容将同时用到摄氏温标与绝对温标 。
0℃ ， 即标准大气压下 ， 冰水混合物的温度 ， 这个温度也是人们最常见的相变现象 ， 也是人们对低温的最直观感受 。 炎热的夏天 ， 一杯加冰可乐 ， 可以带给你沁透心脾的清爽 。
然而 ， 冰水混合物只是人们感受到低温的开始 ， 要知道 ， 北京冬天最冷的时候经常能到-10℃甚至更低 ， 而我国漠河地区冬天通常在-40℃以下 。 这个温度下 ， 体温计（水银温度计）已经失效（水银熔点为-39℃） ， 洒出的开水会迅速变成冰花 。
同时 ， 漠河也保持着我国最低气温的记录 ， -52.3℃ 。 而地球上的南极 ， 有记录的最低气温为-88.3℃ 。 这个温度下 ， 标准大气压下的二氧化碳也已经变成干冰 。
到这里 ， 基本已经到了人类能够忍受的低温极限 。 但是 ， 我们低温世界的探索才刚刚开始 。 随着温度的继续降低 ， 空气中的各种成分逐渐变成液态 。 当温度降到-183℃（90.15K）,氧气已经变成浅蓝色液体 。 温度继续降低到-195.8℃（77.35K） ， 空气中的氮气也将变成液态 。 而由于氮气在空气中体积比高（78.03%） ， 便于液化 。 因此液氮制冷通常用于迅速冷冻生物组织 ， 可用于冷冻和运输食品 ， 用来进行冷冻治疗和冷冻手术 。
此外 ， 由于液氮的廉价性（相同体积的液氮比相同体积的可乐还便宜） ， 因此液氮也被科研爱好者“玩”出了新的高度 。 把活鱼扔进液氮 ， 把岩浆倒进液氮 ， 把可乐放进液氮 ， 把开水倒进了液氮……众多的液氮实验充斥着视频网站 ， 大家感兴趣可以自行搜索 。 2014年 ， 当“冰桶挑战”风靡世界的时候 ， 在液氮工厂工作的俄罗斯小伙Anton Konovalov更是疯狂的用液氮进行了一次“冰桶挑战” ， 他用-196℃的液氮浇到身上 ， 但是液氮并没有给他造成冻伤 。 （小编提示危险请勿尝试）
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