链接
- 美国低温学会
- 美国国家航空航天局低温
- 高能物理学美国能源部科学办公室
独特的属性
液氦的独特性质
图1所示。液氦相图。注意以下独特的特性。两种液相(He I和He II)， He II在极低温下处于平衡状态，固态只存在于低温和2.5 MPa以上的压力下。
液氦是一种特殊的流体，可以存在于两种相中的任何一种，普通氦(He I)或超流氦(He II)，这两种相通过所谓的λ相变分开，在饱和条件下，λ相变的温度约为2.2 K。
He I本质上是一种符合经典热流体动力学方程的Navier-Stokes流体，He II显示出许多独特的传输特性，例如优越的导热性，比普通流体大许多数量级。它还具有所有已知流体中最低的运动粘度，大约比空气小三个数量级。这些独特的输运特性是He II今天被用于从超导磁体冷却到天基红外望远镜等各种技术应用的原因。
He II的输运特性由He II由两个互穿流体组分组成的双流体模型描述。正常流体组分表现为普通的纳维-斯托克斯流体，而超流体组分没有粘度或熵。该模型导致了一种被称为热逆流的独特热传输机制(见图2)。当热流施加到He II时，包含正常流体成分的熵将热量从热源带走。与此同时，超流体部件向相反的方向移动，以保持质量。这种非常有效的热传输过程与He II的密度基本恒定相结合，确保在大多数情况下He II浴将是等温的，普通的体对流可以忽略不计。因此，He II在饱和条件下沸腾的浴液看起来是静止的，蒸发只发生在自由表面。
图2所示。He II热逆流通道示意图。普通流体将熵带离热源，而超流体则以相反的方向流动以保持质量和动量。
液氢的独特性质
稳定的氢以双原子分子的形式存在。最常见的形式是H2，尽管氢还有另外两种同位素;这些是氘和氚，它们是放射性的。液氢被广泛用作火箭燃料，最近也被用于商业运输。
H2有两种不同的核自旋态:邻氢(自旋1态)和对氢(自旋0态)。接近室温时，平衡氢是75%正位氢和25%对位氢。然而，在低温下，在正常沸点20.3 K左右，氢几乎全部处于准氢状态。从正对氢到对氢的转化过程是放热的，产生约700 kJ/kg。它也是相当慢的，除非使用催化剂来促进转化过程。因此，对于LH2的长期储存，通常在集中式工厂生产LH2时进行邻位对转换。
H2的临界点是Tc = 33 K, pc = 1.3 MPa，使其成为已知的最冷的液体之一。它在NBP的密度也很低，r = 70.8 kg/m3。氢在饱和蒸汽压下开始凝固的三重点为TTP = 13.8 K。LH2在NBP的潜热为hfg = 445 kJ/kg。除了温度和密度极低外，LH2的输运性质与其他流体非常相似。强制流LH2的传热和压降通常与经典处理相关。
在使用LH2时，使用适当的安全技术是很重要的。氢是极其易燃的，因为点火能量很小，它就会与空气中的氧气结合，发生强烈的放热反应。
液氧的独特性质
氧是一种双原子分子，占地球大气的21%。在空分过程中产生的液氧，其正常沸点为90.2 K，可用作火箭燃料和任何需要氧化的过程。医用氧气通常以液体形式储存。
液氧是独特的，因为它是浅蓝色的顺磁性。如图所示，LO2会粘附在磁铁的两极上实验室演示．
O2的临界点是Tc = 154.6 K在pc = 5 MPa，使其成为已知的最冷的液体之一。在NBP有相当高的密度r= 1141 kg/m3。氢在饱和蒸汽压下开始凝固的三重点为TTP = 54.4 K。LO2的潜热hfg = 213 kJ/kg。
LO2的输运性质与其他流体的输运性质十分相似。强制流lo2的传热和压降通常与经典处理相关。
在使用LO2时，使用适当的安全技术是很重要的。LO2可以使许多在正常大气条件下不能燃烧的材料燃烧。
演示
液氧的顺磁性
氧被磁场吸引，但一旦离开磁场就不再具有磁性。气态氧也是顺磁性的，但它移动得太快，不受磁铁的影响。
它是顺磁的原因是氧分子有两个未配对的电子。电子不仅在轨道上绕着原子转，它们还自旋，这就产生了磁场。未配对的电子以彼此相同的方向自旋，这增加了磁场效应。
视频
这两个视频是关于液氮的。