【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)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(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)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(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677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(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)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(xué)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(dá)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?！?

§7-14液態(tài)氣體的應(yīng)用

【01】液態(tài)氣體在工業(yè)技術(shù)上和科學(xué)研究上有著廣泛的應(yīng)用。如用液態(tài)氣體獲得低溫以及用液態(tài)氣體獲得真空等。

【02】下面我們就來介紹一下液態(tài)空氣的用途：

【03】(1)在工業(yè)上常常應(yīng)用液化空氣法來分離它的組成部分。因?yàn)榭諝馐怯傻⒀?、氖、氬等氣體組成的，所以液態(tài)空氣也是這幾種液體的混合物。但是這幾種液體的遞點(diǎn)是不同的，在一個大氣壓下，氧的沸點(diǎn)是－183°C，氬是－185℃，是－196℃，氖是－245℃? 。當(dāng)液態(tài)空氣汽化時，首先蒸發(fā)的是沸點(diǎn)較低的氖、氮，其次是氬、氧。用這種方法就可以分離出各種氣體，而這些氣體的用處卻很多，如工業(yè)上可以用氮來制造氨；在白熾燈中需要充入氬、氖等惰性氣體；當(dāng)氧和乙炔混合燃燒時，可以得到高溫的乙炔焰，用來焊接和裁切金屬（圖7·29）；把氧直接輸入冶金工業(yè)上所用的鼓風(fēng)爐中，可以提高冶金效率；而氧在醫(yī)療上、高空飛行中和海底工作中，也有著極其重要的應(yīng)用。

【04】此外，液態(tài)氧還可以應(yīng)用在爆炸工程方面。用它和木屑、煤煙、茶以及其他容易氧化的物質(zhì)混合在一起，可以制成威力很大的爆炸物。在開礦或建筑公路時，利用這種炸藥是比較方便和安全的。因?yàn)檫@種爆炸物里的液態(tài)氧蒸發(fā)得很快，當(dāng)它蒸發(fā)后炸藥就不能再發(fā)生爆炸，因此在開山洞時，如果由于某種原因炸藥沒有即時爆炸，我們就可以在相隔一段時間后，接近炮眼去檢查一下沒有爆炸的原因，這時已沒有被炸著的危險了。

【05】(2)氣體液化的方法還可以用來提純某些氣體，通常在工業(yè)上，用電解食鹽溶液的方法所得到的氯氣，純度只有 95% 左右，這對許多使用氯氣的化學(xué)工業(yè)來說，還是不夠理想的。于是我們就可以用加大壓強(qiáng)、降低溫度的方法，使氯氣液化，這時雖然氯氣已經(jīng)液化成液態(tài)了，而雜質(zhì)卻仍可能是氣態(tài)，這樣氯和雜質(zhì)就分開了。用這種方法可以得到純度達(dá)到 99% 以上的液態(tài)氯。

【06】同時，由于液態(tài)氣體的體積比氣態(tài)時的體積要小得多，這樣就能夠?qū)⒁簯B(tài)氣體盛在鋼筒里，以便運(yùn)輸。

【07】(3)應(yīng)用液化氣體的方法來獲得真空。在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)上，廣泛地應(yīng)用著各種真空儀器：例如白熾燈、日光燈、霓虹燈、電子管、光電管等等，這些真空儀器都是將玻璃容器或金屬容器中的空氣全部抽出，然后再充進(jìn)惰性氣體，或其他氣體。那么怎樣來抽出容器里的空氣呢？過去我們曾經(jīng)用活塞式抽氣機(jī)、回轉(zhuǎn)抽氣機(jī)來抽取空氣，但是這些抽氣機(jī)所能夠達(dá)到的真空程度離現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上的要求還很遠(yuǎn)。因此近來就經(jīng)常采用液化氣體的方法來獲得高度的真空。例如：當(dāng)我們把一個充有空氣的容器放在液態(tài)氫里面后，因?yàn)闅涞姆悬c(diǎn)比空氣的沸點(diǎn)低得多，所以容器里的空氣就要全部液化。這樣就可以獲得壓強(qiáng)只有百萬分之幾毫米高水銀柱的真空。所以利用液態(tài)氣體是掌握真空技術(shù)主要途徑之一。

【08】(4)應(yīng)用液態(tài)氣體汽化獲得低溫。在§7-13中我們已經(jīng)講過，液體汽化時能使周圍溫度降低，從而使某些難以液化的氣體獲得低溫而液化。如果再讓這些已經(jīng)液化的氣體在低壓下汽化，那么周圍的溫度就必然降得更低?？茖W(xué)家曾經(jīng)使液態(tài)氨在很低的壓強(qiáng)下汽化，結(jié)果使溫度降到 0.9K(－272.1°C)。最近幾年，用改進(jìn)了的技術(shù)設(shè)備可以得到 0.71K，以至 0.1K 以下的溫度。所以說利用液態(tài)氣體的汽化可以獲得低溫。

【09】物質(zhì)在低溫下的性質(zhì)，與在一般溫度下相比，發(fā)生顯著的變化，由于低溫的獲得為科學(xué)研究工作開辟了新的領(lǐng)域，從而有可能進(jìn)行低溫下物質(zhì)特殊性質(zhì)的研究。例如：金屬的電阻在極低溫度下會完全消失，出現(xiàn)了非常奇異的“超導(dǎo)電性”；又如溫度低于－271.81°C 的液態(tài)氦在流經(jīng)水平放置的毛細(xì)管時，出現(xiàn)了幾乎完全不需要兩端壓強(qiáng)差的“超流動性”現(xiàn)象。此外，在極低的溫度下，物質(zhì)的“機(jī)械性能”也會發(fā)生顯著的改變。例如，鉛會象鋼那樣，成為具有彈性的物質(zhì)，橡皮卻變成了很脆的物質(zhì)。對于物質(zhì)在低溫下的各種性質(zhì)的研究，使我們能夠進(jìn)一步認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和各種現(xiàn)象的本質(zhì)。所以低溫物理學(xué)是科學(xué)研究的一個重要的項(xiàng)目。

習(xí)題7-14

1、什么叫做臨界溫度？當(dāng)溫度為 30°C 時，只用增加壓強(qiáng)的方法能不能使二氧化碳液化？為什么？

2、在臨界溫度時，物質(zhì)的汽化熱等于什么？為什么？

3、在臨界溫度時，汽密度和液密度有無區(qū)別？

4、使氣體液化的基本原理是什么？常用哪種方法使氣體液化？

5、在極低的溫度下，物質(zhì)會出現(xiàn)哪些奇異的特性？

6、液態(tài)氣體在科學(xué)和技術(shù)上有哪些用途？