【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第七章物態(tài)的變化

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！??

§7-13氣體的液化

【01】從§7-12的內容中，我們知道了要使氣體液化首先要獲得低溫，只有當氣體的溫度下降到臨界溫度以下時才能用增大壓強的方法使它液化。經(jīng)過科學家的努力，找到了獲得低溫的方法。在 1908 年終于液化了最難液化的氦。而在 1926 年竟然還獲得固態(tài)的氦。

【02】究竟怎樣才能取得使氣體液化的低溫呢？我們知道臨界溫度較高的氣體只要稍微壓縮就能夠使它液化，同時放出熱量，而當壓強減小時，它又可能汽化，同時吸收熱量。所以當液體劇烈汽化時，可以使周圍的物體冷卻，我們就是利用這種方法來獲得低溫的。為了要說清楚冷卻的原理，我們先從冷藏庫、冷凍裝置等致冷機獲得低溫的方法講起。

【03】圖7·27為一冷凍裝置的構造圖。它由蒸發(fā)器 T，壓縮器 P 和冷凝器 C 三個主要部分組成。壓縮器把蒸發(fā)器螺旋管中的氣體氨用高壓壓入冷凝器的螺旋管中，由于在壓縮過程中，對氨做功，所以氣體氨的溫度要升高。在冷凝器螺旋管外面有流通的冷水，它們吸收了氨的熱量后使被壓縮的氣體氨的溫度降低，凝結成液體。液體氨由活門 V 流入蒸發(fā)器的螺旋管中，冷凝器中壓強約為 12 公斤/厘米2，而蒸發(fā)器中大約只有 3 公斤/厘米2，所以液體的氨進入蒸發(fā)器中后便很快地汽化，并且需要吸收熱量以使周圍的物體冷卻。如圖所示，蒸發(fā)螺旋管的下面部分就是冷凍箱，它的溫度可以低到－10°C 左右，因此可以用來制造冰和作為冷藏之用。

【04】用類似的方法可以使臨界溫度較低的氣體液化。例如，我們讓液體二氧化硫在一個容器中汽化，而在這個容器中又裝有一個螺旋管，螺旋管中通過處于高壓下的二氧化碳。這樣由于二氧化硫汽化時吸熱所獲得的低溫可以用來使二氧化碳液化。再讓液化了的二氧化碳在另一個容器中汽化，在那個容器中也有螺旋管，其中通過的是高壓的氧。由于管外液體二氧化碳的劇烈汽化，使溫度降低到－130°C 左右，這個溫度比氧的臨界溫度還要低（氧的臨界溫度為－118.8°C），于是，就可以使處于高壓下的氧液化。同樣，還可以利用液態(tài)氧使處在 190 大氣壓下的氫液化。

【05】除了上述的方法以外，科學家們通過研究還知道，當氣體在真空或壓強很低的空間里迅速膨脹時，溫度會急劇地降低因為當氣體膨脹時，由于分子間的距離要增加，因此分子間的勢能也要相應地增加，根據(jù)能量守恒定律知道，當氣體的內能保持不變的時候，勢能的增加必定是以動能的減少為代價的，所以分子的平均動能要減少，它的溫度要相應地降低。利用這一原理，也可以獲得低溫，使氣體液化。

【06】圖7·28所示的是空氣液化器的示意圖。它的構造基本上與致冷機相同，不過用膨脹器代替了蒸發(fā)器。先讓壓縮器 P 把空氣壓入冷凝器的螺旋管 C 中，因為 C 管外面有冷水流過，就使 C 管內的壓縮空氣（大約有100大氣壓）的溫度降低。經(jīng)過初步降溫的壓縮空氣再流進膨脹管 T 并從管口噴出，由于空氣體積急劇地膨脹，溫度可以降低很多。膨脹后處于低溫下的空氣由 T 管的外面向上流動時，又可以使還在 T 管中的空氣預先冷卻。因為一次膨脹還不能使溫度降到空氣的臨界溫度以下，所以膨脹后的空氣必須利用壓縮器再作連續(xù)的循環(huán)操作。結果使在 T 管中流動的空氣逐漸變冷，等冷卻到某一程度時，由管口噴出的氣體溫度降到空氣的臨界溫度以下，于是空氣就可以凝結成液點而流入瓶中。