160多年前的一个冬天,俄国的气候格外寒冷,气温已经下降到零下30多度,彼得堡军用品仓库管理员接到紧急通知,要马上给部队分发军大衣。管理员于是将一包包崭新的大衣运往各部队,可是士兵们拿到大衣时,却发现没有一件是有扣子的,只是在原来钉扣子的地方留下一些灰色的粉末。再去仓库调查,发现余下的大衣也都没有扣子。这件事很快被沙皇知道了,他大发雷霆,要查办负责监制服装的大臣和仓库管理员,可管理员再三声明自己绝对没有偷一个扣子。
幸亏,这件事让当时的一位科学家知道了。他于是去拜见沙皇并作证说:“这些大衣原来都是有扣子的,只是这些锡做的扣子在冬天得了一种病,都变成粉末了,并不是管理员和大臣的过错。”并且当场拿出一块锡做实验。他把锡块放在外面的石凳上,没过几天,这块锡也像那些扣子一样变成了灰色的粉末。这时,沙皇终于相信了科学家的话,赫免了管理员和大臣。
那么原来银光闪闪的锡扣怎么会变成一堆粉末了呢?原来这是严冬和我们开的一个小玩笑。锡在常温下呈光亮的银白色,可是当温度降到零下13℃时,它就会变成松散的粉末状,特别当温度降至零下33℃以下时,这种变化会大大加快,并且会“传染”给那些完好的锡。当时人们称之为“锡疫”。
俄国的冬天是极其寒冷的,气温有时会达到零下40℃以下,但地球上最冷的地方并不在此,而是在南极,那里冬季的平均气温达零下六七十度,南极“东方”站曾经测到过零下80℃的低温。这还不是气温的最低值,南极的考察人员曾在“东方”站西南700多公里处的某个海拔4000米的地方测得零下94.5℃的低温,这是人类有史以来测得的最低气温。
这就是温度的最低值了吗?不,人类通过其他办法已经得到比这还低得多的温度。1785年,法国物理学家查理发现,当温度降到零下273.16℃时,物体分子的热运动几乎完全停止了,物体也不会再发热。所以,零下273.16℃就成了低温的极限,称为“绝对零度”。
在低温下,很多物质都会发生奇异的变化:氧气在零下183℃时变成淡蓝色的液体,在零下218℃时变成淡蓝色的雪花状晶体;氢气在零下252℃时变成无色的液体,在零下259℃时则变成雪花状的透明晶体。人们发现几乎所有的气体在极低的温度下都可以转化为液体和固体,利用各种气体的沸点不同,我们就可以把空气中的各种气体分离出来。(www.xing528.com)
固体在低温下也会发生变化。将胶皮软管放入液氮中片刻再拿出来,丢在地上,原本柔软的胶皮管像玻璃一样被摔得粉碎。金属在低温下极易断裂,就是由于当温度降低时,分子的热运动减缓,使得物质分子的排列变得僵硬而易碎的缘故。据调查,震惊世界的豪华游轮“泰坦尼克”号的沉没,与金属在冰水中变脆有很大的关系。
低温虽然会给我们带来很多灾难,但也帮了我们不少忙。在低温环境中,细菌和病毒不易存活,因此,我们把食物放在冰箱中,可以保存较长的时间;在南极的人几乎不得感冒。
有些生物在低温下可以进入休眠状态,等环境适宜了再苏醒过来。在西伯利亚冻土层中发现的两千年前的种子,当把它放在实验室中培养时,竟奇迹般地发芽了;将金鱼放入液氧中速冻,隔一段时间再把它放回到温水中,金鱼又欢快地游动起来。科学家们由此想到:能否把人也冷藏起来?如果这个设想实现的话,人类未来进行漫长的太空旅行就可能实现。现在有许多国家已经开始这方面的研究,据报道,美国已经冷藏了100多个患有绝症的人,以待将来发明了有效的治疗办法后再使他们复苏。
在医疗中,低温更是被广泛地应用。医生利用低温抑制体内细菌的繁殖,使伤口不易感染;或用冷冻的方法杀死癌细胞以彻底去除恶性肿瘤;外科医生还发明了一种“冷刀”在刀头上注入液氮后,刀的温度可以降到零下100℃。用这种刀切开皮肤后,伤口立即冻结,病人就不会大量出血了。
20世纪80年代,世界各国又掀起了超导研究的热潮。什么是超导呢?金属导体的电阻在温度极低的情况下会突然消失,电流就会毫无阻挡地通过导体而传送出去,而电能不会消耗,这种现象叫超导现象。近几年科学家们又研制成了高温超导材料,现在超导材料的临界温度已经达到液氮温区,距离实际应用阶段已为期不远了。如果超导材料能广泛应用到各个领域,将大大节省电能,提高发电机的工作效率,对于能源极其匮乏的今天,那将是一幅多么诱人的前景呀!
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