炫酷实验室——“冻冰冰”酷爽来袭
炫酷实验室
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冻冰冰
温室效应不断积累，
全球变暖日趋严重，
武汉的夏天越变越长，越来越热！
似乎只能靠空调续命了...
不过，新解来了！
经博士潜心研制，精心调配，
瞬间让你透心凉 冰冰爽的科学大餐
闪亮登场啦！
就等挑战你的“味蕾”，
带你玩转新一波涨知识！
Ready Go!
你亲身经历过的最低温是多少度？
零下...最多零下十几度吧！
那如果我能让你瞬间真实的感受﹣196℃的超低温呢？
怎么可能！除非施了什么神奇的魔法。
大胆假设，小心求证！接下来就一起挑战不可能吧！
一起脑洞大开 收集奇思妙想
瞬间冰冻的葡萄 脆如玻璃的鲜花
吃薯片也能“吞云吐雾”
能足足塞进10个气球的小水杯
让“小车”在轨道上悬空跑酷
神秘嘉宾来助阵
液氮
超导“小车”
科学原理来助力
PART 01
液氮
什么是液氮
电视里、舞台上常会看到升腾起的白茫茫云雾，都是用什么制造的呢？除了干冰，还有比干冰温度更低的液氮。氮气是空气的主要成分之一，占大气总量的78%，而液氮，顾名思义就是液体状态的氮气。液氮无色、无臭、无腐蚀且不可燃，常压下沸点为﹣196.56℃，所以将我们日常呼吸的氮气冷却到﹣196℃，就能得到液氮啦！
液氮的低温“魔力”可以帮我们解释很多奇妙的现象：鲜花里有充足的水分，一碰到液氮，水迅速结冰，花朵脆化轻轻一捏就会碎掉。而与鲜花截然相反，薯片则几乎不含水分，液氮汽化后能钻进它们，瞬间get冰凉口感！再加上液氮极强的冷却能力，能将人体口鼻中大量的水蒸气冷凝，宛如“吞云吐雾”！
液氮薯片
液氮鲜花
应用液氮
液氮的极低温除了可以用来制作许多有趣的小实验，还在生活中很多领域都有着广泛应用。医疗生物领域中常用液氮进行冷冻治疗，还可以用它来保存活体组织、生殖细胞及其他生物样品。工业中则将液氮用作冷却剂与储能介质，轻松实现冷链运输！人工将降雨也离不开它，液氮汽化时大量吸热使其成为增雨剂的绝佳之选！除此之外，液氮还有很多脑洞大开的神奇用处，赶紧一起来看看吧！
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冰葬
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冰葬是啥
冰葬步骤
推行冰葬
冰葬是瑞典生物学家苏珊娜研究出的一种新型埋葬方式，它的秘密武器就是液氮。
冰葬的第一步是冰冻遗体；第二步是低温冷冻，使整具遗体结晶；第三步是振动，身体在几分钟内就会分解成颗粒；第四步是冷冻干燥，留下约30％的原始重量；第五步是金属分离，通过磁力筛分除去金属（如假牙等）；最后一步是将这些有机粉末放在由玉米淀粉制成的可生物降解的棺材中，再将棺材埋在土壤的顶层，一年内冰葬的粉末将能完全与土壤融合，以生态循环的方式回归大自然，也因此实现亡者落叶归根的愿望。
冰葬比传统火葬的效率要高出许多倍，而且传统的火葬需燃烧化石燃料会将污染物释放到空气中，冰葬则不会产生类似的环境污染问题。但冰葬的成本比传统火葬价格更高，因此无论是从观念上还是经济上考虑，冰葬的推行还要有一个漫长的发展过程。据介绍，西班牙是全球第一个使用冰葬技术的国家，韩国则是亚洲最先引进该技术的国家。若有朝一日，冰葬在中国推行，你选火葬还是冰葬呢？
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分子料理
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液氮速冻
N₂冰淇淋
分子草莓
听起来很玄乎的分子料理，其实就是将食物的味觉以分子为单位进行处理和呈现，打破食材原貌，重新搭配和塑形。它可以让马铃薯以泡沫状出现，也可以让荔枝变成鱼子酱的状态，这种种神奇的料理都离不开以液氮速冻技术为核心的低温烹饪技法。
液氮速冻是改变食物形态上常常用到的方式。现在不少高级西餐厅很流行一种做法，他们将食物倒进液氮里再迅速捞出，便是类似于冰碴之类的东西，这种迅速锁住食物的香气和味道的制作方式，与冰箱里漫长的结冰过程的差别，可不仅仅是时间的长短。液氮速冻可以趁食材不注意把它内部的分子瞬间锁定，带来的好处是冰晶更小，口感更好且丰富。同时液氮的迅速汽化也能快速带出食物无与伦比的原生香气。
火遍抖音的液氮（N₂）冰淇淋不知道你有没有品尝过？液氮冰淇淋是将冰淇淋原料混合均匀后加入液氮中，液氮的极低温可以让它们快速冷冻，形成细小的冰晶而不是大颗粒的冰晶，这样我们吃到的冰淇淋口感就会极致丝滑细腻。除了顺滑的口感，它还拥有吸睛的“仙气”。冰淇淋成型后，低温的液氮会使周围空气中的水分冷凝为小水滴，小水滴分散在空气中就能制造出云雾缭绕的特效啦！
世界上最奢侈的甜点当属东京米其林三星餐厅龙吟的怀石分子草莓，这道神奇的甜点被命名为“-196°C~+99°C”，内部是-196°C液氮低温环境下制作而成的草莓粉末，而外面会淋上+99℃的草莓果酱来与草莓粉末作奇妙的对比。小小的草莓在切丁、糖渍、加热、低温干烧、真空加热、搅拌、过筛、冷却、液氮处理等数十个步骤后成为了一颗看着像草莓的草莓味草莓。
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液氮，浅尝辄止就好
其实液氮是一种安全的气体，化学性质不活泼，并且在常温下会迅速沸腾蒸发，不会残留在食物中，所以少量的使用氮气或者皮肤直接接触液氮瞬间是不会对身体产生伤害的。因此也吸引了众多实验爱好者将各种能想到材料都扔进液氮里，疯狂试探。
更为甚者，一位来自“战斗民族”的俄国小伙用液氮完成了一次升级版的“冰桶挑战”，他用一桶液氮迎头浇下，虽然很冷但毫发无损，这得感谢莱顿弗罗斯特效应的庇护。
好好好
凉爽啊
莱顿弗罗斯特效应
低温的液氮接触高温的皮肤会立刻蒸发，而蒸发产生的氮气在皮肤表面形成了蒸汽层，阻碍了皮肤与液氮的接触，这个现象被称为莱顿弗罗斯特效应。
因为这个效应，飞溅的液氮液滴或是倾倒液氮在皮肤表面并不会立即造成冷灼伤。但如果长时间接触或者大量的液氮在皮肤表面吸热汽化的话，你就不会被莱顿弗罗斯特效应庇佑了，相反会造成皮肤冻伤甚至组织坏死。曾经就有一名18岁的英国女孩喝下一杯液氮鸡尾酒而使她的胃部严重冻伤、多处穿孔，最终切除了部分胃部才保住了性命。所以颜值高还冒着“仙气儿”的液氮美食大家还是浅尝辄止就好，可不要贪杯哦！
PART 02
超导
什么是超导
液氮的“杀手锏”便是它的极低温，而这个“必杀技”也让它在超导研究领域大展身手！通常情况下导体的电阻会随温度改变而发生变化，而有些导体的温度降至某一低温时，电阻会突然变为零，这种现象就叫做超导现象。人们把处于超导状态的导体称为“超导体”。
导体电阻转变为零时的温度则被称为“临界转变温度”（Tc）。根据这一临界温度，区分出了高温超导体和低温超导体。低温超导体的临界温度低于液氮温度，目前主要应用于医学领域的核磁共振成像仪，但需要用温度更低的液氦来实现。相反，高温超导体的转变温度高于液氮温度，用液氮便可冷却。
不同类型超导体的结构
由于这类超导体都含有铜和氧，因此也总称为“铜氧基超导体”，其中钇钡铜氧是首个突破液氮温度壁垒的高温超导材料，并已成功用于制备高质量的超导电缆。
钇钡铜氧空间结构
零电阻效应
刚刚说到实现超导的关键便是电阻变为零，那么原有的电阻就凭空消失了吗？其实不然，对于金属导体来说，电流的本质是电子的移动，而温度的本质是原子的振动。自然而然，电子在导体中移动时会与振动的原子不停发生碰撞，跌跌撞撞就很影响电子的移动速度，这就是电阻，而原子被电子撞啊撞，振动就会加快，宏观表现为温度上升，这就是导体发热的原理。那么当原子振动减弱到一定程度，或者说温度低到某一温度，电子就能无阻力地移动，导体没有了电阻，电流流经超导时就不发生热损耗可以在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场，因此，超导的零电阻效应又称为完全导电性。
超导发电机
利用这一特性，超导在强电和弱电领域都有着重要应用：制备出发电容量大、效率高的超导发电机；超导输电利用超导材料制作超导电线和超导变压器，实现大容量且几乎无损耗地电力输送；超导计算机中超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不仅解决了芯片散热问题，还大大提高了计算机的运算速度。
超导电缆
超导计算机
完全抗磁性
神奇的超导磁悬浮则利用了超导的另一个重要特性“完全抗磁性”（又称迈斯纳效应），将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方，这就有了刚刚看到的钇钡铜氧“小车”在磁铁轨道上方悬空跑酷的景象。
迈斯纳效应
当磁场强度低于临界值，超导体几乎“排斥”掉体内所有的磁通量，磁力线无法穿过超导体，使超导体内部磁场为零的现象。
超导磁悬浮
利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下“飞”着运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。
超导磁悬浮列车
2021年1月13日，由我国自主研发设计、自主制造的世界首台高温超导磁悬浮工程化样车及试验线在成都下线启用，预期运行速度可达620km/h，堪称当今现有陆上最快交通工具，若能配合真空管道进一步减少空气阻力后，速度可达惊人的1000km/h以上，然而就是这样一个钢铁巨兽，竟能一只手就可推动。
首台高温超导磁悬浮列车
可是博士，你这是不是剧透了哇！
哈哈，我只是想让大家既看了热闹还懂了门道。
但我听得还有些意犹未尽，怎么办？
没事儿！即将开放的超级工程展厅设置了相关展项，大家可以继续参观学习。
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3F“超级工程”展厅
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世间本就没有魔法
液氮的神奇只源于﹣196℃的极低温
完全抗磁性则成就了超导磁悬浮
实验生动地演绎出科学原理
科学完美的诠释了实验现象
说了这么多
耳听为虚 眼见为实
“冻冰冰”炫酷科学实验秀
虚位以待 静候卿来
我们不见不散！
撰稿：科教活动部 柠檬
编辑：科教活动部 柠檬
图片视频素材：科教活动部 柠檬 仔仔
审核：科教活动部 雪绒花
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