液氮如何保持低溫？

01-05

一直認為是液態氮因為沸點極低，故在常溫常壓下急速蒸髮帶走大量熱量而創造出低溫環境（貌似-190攝氏度左右吧），但是看到一些醫院用於低溫存儲（如精子）的環境都是一些液氮罐子，罐子靠高壓封閉的環境升高了液氮的沸點而將氮保持液態，根據熱力學定律，罐子里的溫度也應該是常溫啊，如此一來又是如何保證冷凍環境的喃？

首先，裝液氮的容器被稱作杜瓦。由於液氮比較廉價（相對與其他低溫產品如液氫），所以通常只使用高真空絕熱。

其次，導熱量的計算公式為q=溫差/熱阻，在高真空條件下，熱傳遞是兩層壁間輻射佔優，熱阻已經足夠的大，導熱量會非常小。

最後，在微量導熱時，不可能獲得沸騰所需的大量熱。

杜瓦的結構類似於暖水瓶的內膽。

Best regards！

腫么就沒人關注熱水瓶蓋啊。。。液氮杜瓦瓶蓋一般是多孔泡沫塑料材質，導熱係數也非常低，有效阻隔出口處的導熱。

一般液氮容器（杜瓦）分成帶壓和常壓的兩種，常壓就是液氮與大氣之間沒有密封，只是簡單的隔離，此時，液氮的溫度就是77 K左右
怎麼保住這麼低的溫？杜瓦本質上就是個保溫瓶，它用真空夾層、填充絕熱材料、使用玻璃鋼不鏽鋼等弱導熱材料等方法，儘可能減小漏熱，而漏進來的少部分熱量可通過蒸發走的少量液氮彌補，而液氮是一種相當廉價的東西（每升1元左右）

開蓋-&> 氣壓下降-&> 沸點降低-&>沸騰-&>從環境吸熱-&>給環境降溫在這個過程中液氮的溫度也變成了77K。

你都說是高壓了，高壓沸點就會升高啊。

我覺得提問者的思路是這樣的：液氮能降溫是因為常溫常壓下急速蒸髮帶走大量熱量，但是封閉在高壓罐子里時並不能蒸髮帶走熱量，而且在高壓下保存溫度比常壓更高，而且由於熱力學第二定律逐漸升溫至常溫，直至喪失保溫能力……

罐子靠高壓封閉的環境升高了液氮的沸點而將氮保持液態，根據熱力學定律，罐子里的溫度也應該是常溫啊

其實所謂的液氮罐子並不是單單靠高壓封閉的環境保持氮的液態，因為氮氣液化存在臨界溫度-147℃，超過臨界溫度，無論加多大的壓力都不能液化氮氣，最主要的是隔斷液氮的熱傳導方式。

也正因為存在臨界溫度，所以不可能存在常溫的液氮。

常壓下，液氮一定會低於那個溫度，不會更高，更高就相變了。

在液氮蒸發完以前，常壓室溫環境保存的液氮一定是-196°C

有沒有更高溫度的液氮呢？

有，加壓就能得到，但是由於焦湯公式，此溫度是有上限的

儲存液氮需不需要特殊措施？

不需要，液氮太便宜了，零售的價格堪比可樂，工業的話每噸不足1K（這東西是副產品喂，有用的是氧氣，氮氣用處不那麼多的）

液氮的主要用途是製備氮氣，和作為低溫冷卻劑

因此液氮都是用杜瓦瓶存放，不密封（密封就成炸彈了），裡面是大氣壓的，就是靠保溫材料減少液氮散失。因為有保溫材料，所以熱量傳遞非常慢，一瓶液氮能放很久。

實驗室一般液氮是隨用隨買的，不會大量持有。如果確需保存，杜瓦瓶保存是可接受也是唯一有效的辦法。

對於拿液氮做低溫儲存用途的情況，每周補充液氮就是了，又不算貴（有的實驗室氮氣是可以按年購買的，不夠就給送，就更不在乎了）

請題主注意，從熱力學上看，杜瓦瓶外（室溫）會向杜瓦瓶內（-196°C）進行熱量傳遞。

但是從動力學，這是個漫長時間的過程，相比液氮的儲存時間是長很多的。

一直在用液氮罐存放細胞。液氮罐不是「高壓封閉」的，液氮罐內的液氮每日都會氣化揮發的。

保持低溫的原因：液氮在氣化的過程中帶走熱量保持低溫。

罐內保持低溫而不會與周圍環境達成一致變成低溫可參考@楊娃娃

沸點，沸點和當水汽壓力與環境壓力相等時的溫度有關，也就是說，沸點和氣壓是有關的，通常情況下我們所說的沸點都是在標準大氣壓下測量得到的（即101325帕斯卡，或1atm）

以上來源於維基百科。

題主自己也說到了，首先杜瓦罐本身就靠高壓升高了液氮的沸點，降低了其對熱量的敏感度，同時杜瓦自身也能通過補償少量液氮而抵消從外界漏進來的熱量從而維持這個系統自身的低溫。具體運作原理下面很多回答也已經說的很詳細這裡就不再贅述了。

我認為樓主之所以這麼問，主要對熱力學第二定律有些誤解。

需要注意的是，這裡我們可以將儲存液氮的容器看作是一個單一的系統，但它並非是獨立的系統，而是和外界存在熱交換。

熱量可以自發地從溫度高的物體傳遞到較冷的物體，但不可能自發地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體；也不可能從單一熱源吸收能量，使之完全變為有用功而不產生其他影響。

以上就是克勞修斯和開爾文對熱力學第二定律的表述也就是，在大環境（一個系統）中溫度不同的物體之間會自發的產生熱交換並且永遠從高溫向低溫傳遞，同時，如果沒有高溫物體，該系統內部溫度將維持穩定（假設不存在外部干擾）

那麼舉個例子，冰箱，為什麼在外部環境高達二十到三十攝氏度的夏日裡，冰箱依舊能維持自身系統內部的低溫？

首先，厚重的冰箱門和周圍的絕熱材料在極大程度上削弱了與外界的熱交換（這裡主要是熱輻射），同理，杜瓦也是如此，使用各種手段就是為了儘可能減弱這個系統與外界的聯繫進而使其孤立能維持自身系統的溫度穩定。

其次也就是最重要的一點就是，冰箱自身就可以製冷，在這裡杜瓦略有些不同，但思路是一樣的，杜瓦本身並不能製冷，那怎麼辦呢？第一，如一開頭所說的，通過絕熱來使其對微弱的溫度變化不太敏感（使溫度升高變得非常緩慢並且梯度很小，比如0.5攝氏度每小時），第二，即便如此，杜瓦與外界的熱交換依舊存在，在溫度升高到一定程度，液氮將會有少量汽化（局部溫度升高只會使少量液氮汽化），同時帶走大量的熱，進而使系統內部回到先前的溫度。這個過程我們可以叫做被動製冷，或者是負反饋調節。

負反饋調節這個概念通常被用在計算機或者生物學領域，但概念的意思為，輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨於穩定。

所以我們完全可以將液氮自身看作是冰箱的制冷機制，只不過這個制冷機只有在達到特定條件（溫度超過沸點）後才開始運作，補償少量液氮同時使系統溫度降低，我們只需要排出汽化的液氮就行。

需要注意的是，雖然液氮的儲存分為加壓和常壓，但側重點在於後面的絕熱，加壓只是針對一些特定情況，而液氮自身在蒸發的同時就能製造低溫環境，並不會為了減少液氮消耗而加壓。（因為液氮十分廉價）

低溫專業的前來回答，裝液氮的叫做杜瓦，類似於熱水瓶，在液氮筒與常溫筒之間有一個真空夾層，真空一般維持在10^（—5）Pa，在真空夾層里包紮多層絕熱材料（Multilayer Insulation），在液氮杜瓦的頸管處填充泡沫材料，這些措施可以達到絕熱的目的。使得從常溫到液氮的熱流維持在一個很低的值，保證液氮每天的揮發量很小，以保存液氮。