实验降温时为何要用液氮,用液氦、液氢是否可以?

如题所述

谢邀,用液氮是普遍的实验室超低温降温方式。

当然了,你也可以使用液氦。降温的效果要比液氮好上很多。在一些量子物理学实验室中研究凝聚态的时候广泛用到的降温液体其实也就是液氦。

液氦的沸点是-269℃。理论上液氦是可以将温度降低到4k这个指标上的。

这也是研究凝聚态的基础温度之一。

但是要注意的一点是,液氦的价格太高,这是一种在地球上含量稀有的惰性气体。如果用来做普通的实验室降温,那么实验成本就会被液氦拉高到无法承受的地步。

而相反,液态氮的获取就要比液氦获取容易得多了,地球空气中有78%是氮气。通过加压和降温方式可以直接从空气中制备液氮。所以价格上说液氮(量大的话可以低到几十块钱1升)也就比液氦要便宜几个数量,要知道高纯度的液氦每升的价格已经过万了。

普通的实验室超低温试验使用液氮作为降温液体也就没有什么大的问题了。

但话是这么说,液氮的性能还的确比液氦要差上一大截,液氮降温的最低温度也就只可以达到-196.56℃,相较于液氦的-269℃差距十分明显。不过好在目前大多数实验室内例如超导体试验等基础的物理实验零下190度就已经够用了。也就犯不着用更贵的降温液体了。同理,例如凝聚态试验,-196度已经很难满足科学家变态的要求了,不得不付出更高的成本来使用昂贵的液氦。


还没说液氢吧?

这东西理论上是可以作为降温液体用的。如果用液氢的话,其实也比液氮的性能要好,毕竟液氢可以将温度降低到-252.8℃。已经十分接近于液氦的水平了。

只不过要注意的一点是,液氮也好液氦也好,蒸发产物都是不活泼的气体,尤其是氦气,这是惰性气体,几乎不会和任何物质进行反应。

而液氢蒸发出来的就是氢气。还记得在中学实验室内做的氢气爆炸试验吗?

如果要使用液氢作为冷却液体的话,实验室将在很短的时间内充满大量的氢气,这时只要有一点小小的静电火花,实验室就会爆炸了。也正因为不安全,价格比液氦要低得多的液氢也就很难被便宜的用到实验室内了。

相反这玩意,会被用在火箭发动机中。

很多的液态火箭发动机,就是使用液氢和液氧两种业态的气体混合点燃产生巨大的推力的。


其实很多的实验室使用的材料或者设备都是某些特性符合实验室的需求才会被采用的。并不能想当然的去假设某些东西是不是更好用。

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