¿Cómo se puede convertir un gas en líquido?
El calor no se transfiere automáticamente de objetos de baja temperatura a objetos de alta temperatura, por lo que se requieren métodos artificiales para obtener un ambiente con una temperatura más baja que el ambiente natural.
La adquisición de baja temperatura está estrechamente relacionada con la licuefacción del gas. A finales del siglo XVIII, el holandés Van Marum utilizó por primera vez la compresión a alta presión para licuar el amoníaco. En 1823, mientras estudiaba las propiedades del cloruro, Faraday descubrió que aparecían gotas líquidas en el extremo frío del tubo de vidrio. Las investigaciones demostraron que se trataba de cloro líquido (temperatura de licuación -34,6°C). En 1826, sumergió el extremo frío de un tubo de vidrio en un refrigerante, licuando así varios gases. En base a esto, se ha formado la tecnología de refrigeración ordinaria, por ejemplo, los refrigeradores y las unidades de aire acondicionado utilizan principalmente refrigeración estranguladora por compresión de vapor. El gas o el líquido se comprime a un estado de alta presión, luego libera calor y luego se expande a un estado de baja presión. Estado de presión para producir un efecto de refrigeración y enfriamiento. Este método puede obtener una temperatura baja de? 150 ℃ ~? 80 ℃.
Pero en las décadas siguientes, gases como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno no mostraron signos de licuefacción. Muchos científicos creen que estos son los verdaderos "gases permanentes". ¿Pero realmente nunca pueden licuarse? La respuesta es no. Siempre que esté por debajo de cierta temperatura, el gas se puede convertir en líquido. En 1877 se licuó el oxígeno y seis años después se licuaron todos los "gases permanentes", excepto el hidrógeno y el helio. En 1892, el británico Dewar inventó la botella criostato Dewar y, en 1898, licuó hidrógeno a una temperatura de 20,4 K. Luego solidificó el hidrógeno extrayendo el vapor de la superficie del hidrógeno, alcanzando una temperatura de 12 grados centígrados. En este punto, ¡sólo queda el último helio "gas permanente" que no se ha licuado!
La licuefacción del hidrógeno crea las condiciones para la licuación del helio. La baja temperatura se obtuvo principalmente mediante la evaporación del líquido y la estrangulación de la expansión. Para obtener una temperatura más baja, a menudo se requiere un sistema en cascada de múltiples etapas. Esto es posible en principios físicos, pero existen muchos problemas técnicos en la práctica. Los diseñadores deben considerar varios problemas físicos y el equipo técnico necesario para resolverlos. Muchos instrumentos deben ser fabricados por ellos mismos, e incluso la electricidad debe ser resuelta por ellos mismos al principio. Onness, un físico de la Universidad de Leiden en los Países Bajos, dedicó grandes esfuerzos a mejorar el equipo de laboratorio. En 1908, utilizó estrangulamiento por nitrógeno comprimido para preenfriar el hidrógeno, compresión y estrangulamiento del hidrógeno para preenfriar el helio y, finalmente, utilizó estrangulamiento por compresión licuando el helio. Se obtuvo una temperatura baja de 4,2 Kelvin. ¡En este punto, todos los gases de la naturaleza pueden licuarse!