數九寒天,北風刺骨,天寒地凍。我國東北地區氣溫可低至零下20多攝氏度,而在地球的兩極則更寒冷,最冷的地方在南極,為零下88.3攝氏度,被稱為“世界寒極”。在月球的陰面,溫度為零下160攝氏度,而在宇宙深處則更低,達零下270攝氏度左右。
低溫就像一位神奇的魔術師,使物質的性質發生很大變化,溫度越低則魔法越神奇,這些與我們的生活有著密切關系。空氣在零下190攝氏度時會變成淺藍色液體,屬超低溫世界;如果把雞蛋放進去,它會產生淺藍色的熒光,摔在地上會像皮球一樣彈起來;鮮艷的花朵放進去,會變成玻璃一樣光閃閃,輕輕一敲“叮當”響,重敲竟會碎……
金屬也怕冷,金屬在低溫時內部結構會變得松散,稱作“金屬的冷脆現象”,危害很大。1913年俄羅斯的一支南極探險隊,由于裝汽油的鐵箱是用錫焊的,一遇低溫,錫變成粉末,汽油全部漏光,結果探險隊全部遇難。后來,凡是到南極北極或嚴寒地區,油箱一律不許用錫焊。不但錫怕寒冷,金屬鋁、鎂甚至鋼鐵,也都害怕嚴寒——只有金屬銅和一些合金(比如鋁合金、鈦合金)不怕低溫,所以在低溫設備上,例如盛液態空氣的容器,常常使用金屬銅來制造。
這種金屬的冷脆現象也可以為人類造福。比如戰場上布滿地雷,探雷器可以找到它,但是排雷卻很危險,如果將液態空氣灑到這些地方,溫度急劇下降,地雷中的金屬彈簧就會變脆失去彈性,不能再爆炸。我們知道,一般粉碎機很難將硬度高、彈性大的材料粉碎,而用冷脆技術,不僅可以迅速粉碎,而且還可控制顆粒大小。再如,清除海上石油污染是一大難題,現在設計出低溫清污法,從漂浮的石油層下噴灑液氮降溫,水面上石油迅速凝結成顆粒,再將這些顆粒鏟走,而對于水中生物卻沒有任何影響,可以很好地保護海洋環境。
在食品工業、中草藥加工、醫療手術、涂料制造業等方面,低溫技術也大有用途。
低溫魔術師最出色的表演,當數“超導現象”。1911年,荷蘭科學家卡麥林·翁納斯(被人們稱為“低溫物理系之父”)在低溫實驗中意外發現:當溫度降至零下269攝氏度時(液氦溫區),水銀的電阻忽然消失了,這就是“超導現象”,原來超低溫使物質變成了新物態——超導態。
多年來,人們一直尋找能用來傳輸電流的超導材料。因為目前世界上的電能約有四分之一損耗在輸電線路上,如果使用沒有電阻的超導材料做輸電線路,再采用一些絕熱技術,就實現了“無損耗輸電”。在世界能源緊張的今天,那將引起電力工業的一場劃時代的革命!
現在,各國都在抓緊研究低溫超導材料,這一研究不斷傳來好消息。我國科學家已經發現液態氮溫區(零下170攝氏度)實現超導的材料。“超導現象”用途廣泛,在電力、交通、國防、探礦、醫療、核能等方面都有巨大用途。
“低溫魔術師”的威力,真是無窮無盡啊!