低溫物理應(yīng)用在哪些方面 物理溫度相關(guān)知識(shí)

物理學(xué)領(lǐng)域里的低溫，低溫物理學(xué)的簡(jiǎn)介，低溫物理學(xué)涉及的內(nèi)容有哪些，我國(guó)大型低溫制冷技術(shù)取得重大突破，低溫制冷都應(yīng)用在哪些方面，關(guān)于物理學(xué)，你知道它涉及到哪些領(lǐng)域嗎？低溫物理學(xué)是什么？

本文導(dǎo)航

• 物理溫度相關(guān)知識(shí)
• 低溫脆性物理本質(zhì)及其影響因素
• 什么是低溫學(xué)
• 低溫制冷的方式有幾種
• 物理學(xué)包括哪幾個(gè)方面
• 溫度概念的物理基礎(chǔ)

物理溫度相關(guān)知識(shí)

溫度在物理系中是衡量其粒子的運(yùn)動(dòng)速率，它們之間的關(guān)系是成正比的，在理工科學(xué)中的零度是-273.15也就是絕對(duì)零度，意思是沒有任何的粒子運(yùn)動(dòng)

低溫脆性物理本質(zhì)及其影響因素

低溫物理學(xué)low-temperature physics 所謂低溫通常是指低于液氮溫度（77K） ，而更多更重要的低溫現(xiàn)象則發(fā)生在液氦溫度（4.2K）以下。使空氣、氫氣和氦氣液化的技術(shù)，以及各種超低溫技術(shù)的發(fā)展（見超低溫技術(shù)），使人們獲得了極低溫和超低溫的實(shí)驗(yàn)條件。在低溫下物質(zhì)的熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)均會(huì)發(fā)生巨大改變。例如固體比熱容在某些溫度下會(huì)突變；在足夠低的溫度下，原則上所有順磁物質(zhì)均可表現(xiàn)出鐵磁性或反鐵磁性(見磁介質(zhì))；金屬的導(dǎo)電性明顯提高，而半導(dǎo)體的導(dǎo)電性則大大降低。這些現(xiàn)象均與低溫下的量子力學(xué)效應(yīng)有關(guān)。

什么是低溫學(xué)

低溫物理學(xué)涉及的內(nèi)容有哪些

低溫物理學(xué),又稱低溫學(xué),是物理學(xué)的分枝,研究物質(zhì)在低溫下的物理現(xiàn)象的學(xué)科,有時(shí)也包括低溫的獲得和它的測(cè)量技術(shù).而低溫物理學(xué)的低溫定義為?150°C,?238°F,123K或以下的溫度.

低溫物理學(xué)——是一門在低溫條件下研究物質(zhì)的物理性質(zhì)的學(xué)科 .

低溫制冷的方式有幾種

就目前而言,制冷技術(shù)的應(yīng)用正從基礎(chǔ)工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域向家電領(lǐng)域擴(kuò)大。這幾年來,因?yàn)樵S多的大量新的冷庫(kù)技術(shù)的日新月異,在改善變頻器性能、縮小體積、降低成本等方面均有明顯的進(jìn)展.

食品工程 易腐食品從采購(gòu)或捕撈、加工、貯藏、運(yùn)輸?shù)戒N售的全部流通過程中，都必須保持穩(wěn)定的低溫環(huán)境，才能延長(zhǎng)和提高食品的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)壽命與價(jià)值。這就需有各種制冷設(shè)施，如冷加工設(shè)備、冷凍冷藏庫(kù)、冷藏運(yùn)輸車或船、冷藏售貨柜臺(tái)等。

在國(guó)防，宇航的設(shè)備生產(chǎn)中，需要制冷技術(shù)來建立低溫環(huán)境，對(duì)零件和整機(jī)進(jìn)行低溫性能試驗(yàn)。，在現(xiàn)代通信，激光和紅外技術(shù)中，需要局部制冷或微型冷源.

家用冰箱及空調(diào)等日常生活方面也是制冷技術(shù)的應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的廣泛運(yùn)用提高了空調(diào)產(chǎn)品使用的效率和效益。面對(duì)信息化浪潮的沖擊，中央空調(diào)行業(yè)也應(yīng)遵循信息化建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略.

醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè): 血漿、疫苗及某些特殊藥品需要低溫保存。低溫麻醉、低溫手術(shù)及高燒患者的冷敷降溫等也需制冷技術(shù)。

科學(xué)研究

許多科研課題的研究，如氣象科學(xué)中所需的云霧室、高寒地區(qū)農(nóng)作物的培育等等都需要制冷裝置。

建筑工程 建造人工溜冰場(chǎng)，利用制冷凍結(jié)土坡以利于挖掘。冷卻巨型的混凝土塊，以除去混凝土固化時(shí)釋放的化學(xué)反應(yīng)熱，從而避免熱膨脹和產(chǎn)生混凝土應(yīng)力等。

氣體的液化 液化氣體是生產(chǎn)、科研、醫(yī)療及國(guó)防等領(lǐng)域需要使用的特殊液態(tài)物質(zhì)。氣體要在非常低的溫度下才能液化，例如氧、氮、氫、氦的液化溫度分別為-182.92℃、-195.81℃、-252.9℃和-269.15℃。液態(tài)氫不僅是火箭嫩料，而且用于核動(dòng)力部門。超導(dǎo)現(xiàn)象最初是在液態(tài)氮溫區(qū)觀察到水銀的電阻突然消失才發(fā)現(xiàn)的，而至今超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度(電阻完全消失的溫度)還只是在液態(tài)氮溫區(qū)附近?，F(xiàn)代高科技如火箭、核動(dòng)力、超導(dǎo)材料的開發(fā)，高真空的獲得以及半導(dǎo)體激光、紅外線探測(cè)等都要用到深度制冷或低溫和超低溫制冷。

空氣調(diào)節(jié) 各種空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)空氣作冷卻去濕處理都必須使用制冷設(shè)備，制冷設(shè)備是空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部分。

物理學(xué)包括哪幾個(gè)方面

物理學(xué)是一門研究化學(xué)或生物學(xué)所不能研究的非生命物質(zhì)和能量的性質(zhì)和特性以及物質(zhì)宇宙的基本定律的科學(xué)。因此，這是一個(gè)龐大而多樣的研究領(lǐng)域。

為了弄懂它，科學(xué)家們把注意力集中在該學(xué)科的一兩個(gè)較小的領(lǐng)域。這使得他們能夠成為這一狹窄領(lǐng)域的專家，而不會(huì)陷入關(guān)于自然世界的大量知識(shí)中。

物理學(xué)領(lǐng)域

根據(jù)科學(xué)的歷史，物理學(xué)有時(shí)可以分為兩大類：古典物理學(xué)，包括從文藝復(fù)興到20世紀(jì)初興起的研究；以及現(xiàn)代物理學(xué)，包括從那個(gè)時(shí)期開始的研究。部分劃分可以考慮尺度：現(xiàn)代物理學(xué)專注于更微小的粒子，更精確的測(cè)量，以及影響我們繼續(xù)研究和理解世界運(yùn)行方式的更廣泛的定律。

另一種劃分物理的方法是應(yīng)用或?qū)嶒?yàn)物理(基本上是材料的實(shí)際使用)與理論物理(關(guān)于宇宙如何運(yùn)行的首要法則的構(gòu)建)。

當(dāng)你閱讀不同形式的物理學(xué)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們之間有一些重疊。例如，天文學(xué)、天體物理學(xué)和宇宙學(xué)之間的差異有時(shí)幾乎毫無意義。對(duì)每個(gè)人來說，也就是說，除了天文學(xué)家、天體物理學(xué)家和宇宙學(xué)家，他們可以非常認(rèn)真地對(duì)待這些區(qū)別。

經(jīng)典物理學(xué)

在19世紀(jì)之交之前，物理學(xué)集中研究力學(xué)、光、聲、波的運(yùn)動(dòng)、熱學(xué)和熱力學(xué)以及電磁學(xué)。1900年以前研究的經(jīng)典物理領(lǐng)域(并在今天繼續(xù)發(fā)展和教授)包括：

聲學(xué)：研究聲音和聲波的學(xué)科。在這個(gè)領(lǐng)域，你研究氣體、液體和固體中的機(jī)械波。聲學(xué)包括地震波、沖擊和振動(dòng)、噪音、音樂、通信、聽覺、水聲和大氣聲的應(yīng)用。以這種方式，它包括地球科學(xué)、生命科學(xué)、工程和藝術(shù)。天文學(xué)：研究太空的學(xué)科，包括行星、恒星、星系、深空和宇宙。天文學(xué)是最古老的科學(xué)之一，它利用數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)來了解地球大氣層以外的一切?；瘜W(xué)物理：研究化學(xué)系統(tǒng)中的物理。化學(xué)物理學(xué)側(cè)重于利用物理學(xué)來理解從分子到生物系統(tǒng)的各種尺度上的復(fù)雜現(xiàn)象。主題包括納米結(jié)構(gòu)或化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究。計(jì)算物理學(xué)：應(yīng)用數(shù)值方法來解決已有定量理論的物理問題。電磁學(xué)：對(duì)電磁場(chǎng)和電的研究，這是同一現(xiàn)象的兩個(gè)方面。電子學(xué)：通常在電路中研究電子流的學(xué)科。流體動(dòng)力學(xué)/流體力學(xué)：研究“流體”的物理性質(zhì)，在這種情況下，具體定義為液體和氣體。地球物理學(xué)：對(duì)地球物理性質(zhì)的研究。數(shù)學(xué)物理學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▉斫鉀Q物理學(xué)中的問題。力學(xué)：在參照系中研究物體運(yùn)動(dòng)的學(xué)科。氣象學(xué)/天氣物理學(xué)：關(guān)于天氣的物理學(xué)。光學(xué)/光物理學(xué)：研究光的物理性質(zhì)的學(xué)科。統(tǒng)計(jì)力學(xué)：通過統(tǒng)計(jì)擴(kuò)展小系統(tǒng)的知識(shí)來研究大系統(tǒng)。熱力學(xué)：熱的物理學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)

現(xiàn)代物理學(xué)包括原子及其組成部分，相對(duì)論和高速的相互作用，宇宙學(xué)和空間探索，以及介觀物理學(xué)，即那些大小在納米和微米之間的宇宙碎片?，F(xiàn)代物理學(xué)的一些領(lǐng)域是:

天體物理學(xué):對(duì)空間中物體物理性質(zhì)的研究。今天，天體物理學(xué)經(jīng)常和天文學(xué)互換使用，許多天文學(xué)家都有物理學(xué)學(xué)位。原子物理學(xué):研究原子，特別是原子的電子性質(zhì)，有別于只研究原子核的核物理學(xué)。在實(shí)踐中，研究小組通常研究原子物理、分子物理和光學(xué)物理。生物物理學(xué):研究生命系統(tǒng)各個(gè)層次的物理學(xué)，從單個(gè)細(xì)胞和微生物到動(dòng)物、植物和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。生物物理學(xué)與生物化學(xué)、納米技術(shù)和生物工程重疊，例如從x射線晶體學(xué)中推導(dǎo)出DNA的結(jié)構(gòu)。主題可以包括生物電子學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、量子生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、酶動(dòng)力學(xué)、神經(jīng)元電傳導(dǎo)、放射學(xué)和顯微鏡學(xué)?；煦鐚W(xué):研究對(duì)初始條件有很強(qiáng)敏感性的系統(tǒng)，因此一開始的微小變化很快就會(huì)成為系統(tǒng)的重大變化。混沌理論是量子物理學(xué)的基礎(chǔ)，在天體力學(xué)中很有用。宇宙學(xué):研究整個(gè)宇宙的學(xué)科，包括它的起源和演化，包括宇宙大爆炸和宇宙如何繼續(xù)變化。低溫物理學(xué)/低溫學(xué)/低溫物理學(xué):研究遠(yuǎn)低于水冰點(diǎn)的低溫情況下的物理性質(zhì)的學(xué)科。晶體學(xué):研究晶體和晶體結(jié)構(gòu)的學(xué)科。高能物理學(xué):研究極高能系統(tǒng)的物理學(xué)，一般在粒子物理學(xué)范圍內(nèi)。高壓物理學(xué):研究極高壓系統(tǒng)的物理學(xué)，一般與流體動(dòng)力學(xué)有關(guān)。激光物理學(xué):研究激光物理特性的學(xué)科。分子物理學(xué):研究分子物理性質(zhì)的學(xué)科。納米技術(shù):用單個(gè)分子和原子制造電路和機(jī)器的科學(xué)。核物理:對(duì)原子核物理性質(zhì)的研究。粒子物理學(xué):研究基本粒子及其相互作用力的學(xué)科。等離子體物理學(xué):研究等離子體相中的物質(zhì)。量子電動(dòng)力學(xué):在量子力學(xué)水平上研究電子和光子如何相互作用的學(xué)科。量子力學(xué)/量子物理學(xué):研究物質(zhì)和能量的最小離散值或量子的科學(xué)。量子光學(xué):量子物理學(xué)在光上的應(yīng)用。量子場(chǎng)論:量子物理學(xué)在領(lǐng)域的應(yīng)用，包括宇宙的基本力。量子引力:量子物理學(xué)在引力上的應(yīng)用，以及引力與其他基本粒子相互作用的統(tǒng)一。相對(duì)論:對(duì)顯示愛因斯坦相對(duì)論性質(zhì)的系統(tǒng)的研究，通常涉及以非常接近光速的速度運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。弦論/超弦論:研究所有基本粒子都是高維宇宙中一維能量弦的振動(dòng)的理論。來源西蒙尼，卡羅利"物理學(xué)文化史"?？缈巳R默，大衛(wèi)。博卡拉頓：CRC出版社，2012年。菲利普斯，李"古典物理學(xué)永無止境的難題。阿爾斯泰克尼卡，2014年8月4日。特謝拉、埃爾德·薩萊斯、伊蓮娜·瑪麗亞·格雷卡和奧利瓦爾·弗雷爾。物理學(xué)教學(xué)中科學(xué)的歷史與哲學(xué)：教條干預(yù)的研究綜合。科學(xué)與教育21.6 （2012）： 771+96.打印。

溫度概念的物理基礎(chǔ)

大家都知道，地球上最寒冷的地方在南極，那里一年四季氣溫都在零度以下，最低可達(dá)到零下94℃。

不過我要告訴大家，在地球上還有遠(yuǎn)比南極更冷的地方，甚至可以冷到零下200℃以下，那就是在低溫物理學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里。低溫物理學(xué)是一門研究各種物質(zhì)在超低溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生什么奇妙變化的學(xué)科。它的誕生要?dú)w于制冷機(jī)的發(fā)明。

現(xiàn)在家家都有冰箱，可以將暫時(shí)不吃的食物冷藏保存起來。古代沒有這樣的裝置，只好在冬天從結(jié)冰的河里鑿出大塊的冰，放到地窖保存到夏天，再將食物放到冰上避免腐壞。

1755年，英國(guó)化學(xué)家卡倫發(fā)明了一種最早的制冷機(jī)，他先用氣泵將水的表面抽成真空，強(qiáng)迫水迅速揮發(fā)，這一過程會(huì)吸收周圍和自身的熱量，最后水變冷而結(jié)冰。

19世紀(jì)，由于熱力學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到氣體的更多特性，開始通過壓縮氣體使其在常溫下體積縮小而液化。利用這種方法，可在零下十幾攝氏度和一定的壓力下制成液氯和液態(tài)二氧化碳。然后讓液氯或液態(tài)二氧化碳在常溫下快速揮發(fā)，自身溫度就會(huì)急劇下降，可獲得零下幾十?dāng)z氏度的低溫。

此后，人們又采用分級(jí)揮發(fā)制冷的方法，先制成液態(tài)二氧化碳，然后使其揮發(fā)變冷，用來冷卻其他氣體，這樣一步步降低溫度，最終可以獲得零下100℃以下的超低溫。利用這種方法，科學(xué)家先后制成液氧和液氮。

不久，英國(guó)人漢普森和德國(guó)人林德又發(fā)明新的壓縮制冷方法，先將氣體強(qiáng)力壓縮，這時(shí)氣體就會(huì)發(fā)熱，將其冷卻至常溫后再撤除壓力讓它膨脹，在此過程中要吸收很多的熱，自身就會(huì)迅速變冷，然后再將其壓縮，反復(fù)這一過程，就會(huì)變得越來越冷。人們用這種方法獲得零下240℃以下的超低溫，先后制成液氫和固態(tài)氫。

20世紀(jì)初，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯開始向絕對(duì)零度這一目標(biāo)挑戰(zhàn)。他首先制得液氫，然后用液氫將氦氣冷卻到零下255℃，再讓它膨脹變冷，最終獲得零下269℃超低溫，氦氣變成無色透明的液體。昂內(nèi)斯再接再厲，將溫度一直冷卻至零下272℃，已經(jīng)接近絕對(duì)零度了，但始終未能獲得固態(tài)氦。原因是即使在絕對(duì)零度，氦分子仍然具有少量的內(nèi)能，也稱“零點(diǎn)能”，它是目前人們知道的即使在絕對(duì)零度也不結(jié)冰的唯一物質(zhì)。直到1926年，科學(xué)家在25個(gè)大氣壓和零下272℃條件下才制成固態(tài)氦。昂內(nèi)斯因此獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。