物理学家|科学史上最经典的大力出奇迹，莫过于用“土法制冷”挑战绝对零度( 二 ) 科学家

从现象上来看，焦耳-汤姆森效应其实还算比较常见，比方说我们玩打火机时，如果不点燃单纯释放里面的液化气一会，就能摸到液化气出口处有冰冷的感觉，这就是效应描述的现象之一。
更具体和严谨的描述是，气体在等焓的环境下膨胀，会使温度上升或下降。另外，存在一个所谓反转温度，当环境温度低于反转温度，通常表现为温度下降，反之温度上升。
气体等焓膨胀时存在两种变化：分子平均距离增加，势能上升令动能下降，使温度下降；分子平均距离增加也会导致单位时间内平均碰撞次数下降，碰撞转化的势能下降，动能上升导致温度上升。
总结起来就是当环境温度低于反转温度时，前者导致的温度下降比较显著，而环境温度高于反转温度时，后者导致的温度上升比较显著。大部分气体的反转温度都高于室温，即膨胀过程温度下降。
但是，氢气和当时还没有被分离出来的氦气都是例外，它们的反转温度要远低于室温，即便制取到了它们在室温下膨胀反而会升温。
接下来的重要人物是来自苏格兰人詹姆斯·杜瓦，他要挑战的正是当时最后一种“古怪”的“永久气体”氢气。
当年的科学家们预计要制得液态的氢，至少要达到-250°C ，而这个温度以当时的技术和设备是一个不可能的挑战，杜瓦也必须要发明新的设备，他的贡献也恰恰在此。
杜瓦的方案从原理上来说并不复杂，可以说是“大力出奇迹” ，他设想的方案是，先用一种可以在常温下压缩液化的气体，液化后再使其膨胀获得低温，冷却下一种更难被液化的气体，液化后再冷却下一种……
如此环环相扣，最终就可以获得足够低的温度，让氢气液化，这种多级串联的方案或许不是杜瓦独创，但是却是他真正实现的，关键就在于仪器设备的制造。
仪器设备需要大量的资金，杜瓦因此会在皇家学会的实验室向客人演示一些液化气体的独特属性，用实验来吸引大家的注意力。
但是实验哪能一帆风顺， 1886年，伦敦发生了一起可怕的爆炸，杜瓦在实验中不慎将液氧和液态乙烯混合在了一起引起了爆炸，差一点断送了他的科学生涯。
不过，很快杜瓦就通过氯甲烷-乙烯-氧气-氢气多级串联的方式制得了仅仅20立方厘米的液氢，当时储存的罐体承受了180个大气压，温度达到了-205°C 。
杜瓦再将液氢通入膨胀管，看着温度计度数稳步下降，最终获得了-252°C的新纪录，算是完成了他所敬佩的前辈法拉第口中不可能的挑战。
然而，就在实验成功后不久，一种新的气体的出现没能让杜瓦笑到最后，惰性气体氦气被发现并制得，简直是柳暗花明又一村。
接下来，荷兰人昂内斯接过重担，他用杜瓦的装置以及钞能力建造的液氢工厂，也是大力出奇迹般地制得了液氦，达到了4.2K（-268.95°C）。
在这个接近绝对零度的温度下，很多物质会表现出前所未有的状态，包括流体力学、电磁学等等相关的特性，这也让昂内斯斩获了诺贝尔奖。
我们今天用的一些制冷电器，包括空调、冰箱，其实从原理上来说都离不开这帮研究气体的科学家们的贡献。当年为昂内斯制作仪器的工匠成立了公司，生产保温瓶，名叫“Thermos” 。
但是说来也有些遗憾，杜瓦在1923年去世，同一年家用的电冰箱才被发明出来，而三年之后，昂内斯也去世了，他们为制冷奋斗了一辈子，最终是没有用上冰箱的。
【物理学家|科学史上最经典的大力出奇迹，莫过于用“土法制冷”挑战绝对零度】希望各位内心存有求知欲的青年们，你们在打开冰箱享用冷饮的时候可以想起这段传奇史话。