氦單質(zhì)在極低溫度下由氣態(tài)氦轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)氦氣。由于氦原子間的相互作用(范德華力)和原子質(zhì)量都很小，很難液化，更難凝固。富同位素4He的氣液相變曲線的臨界溫度和臨界壓強分別為5.20K和2.26大氣壓，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的溫度為4.215K.在常壓下，溫度從臨界溫度下降至零度時，氦始終保持為液態(tài)，不會凝固，只有在大于25大氣壓時才出現(xiàn)固態(tài)。
1873年范德瓦爾斯在他的博士論文《論液態(tài)與氣態(tài)的連續(xù)性》中提出了包含氣態(tài)和液態(tài)的“物態(tài)方程”，論證了氣態(tài)和液態(tài)能以連續(xù)性的方式互相轉(zhuǎn)變，指出所有氣體都存在著臨界溫度，這成為將來所有氣體液化的理論指導(dǎo)。范德瓦爾斯還提出分子不但占有體積而且相互之間有作用力。
1880年范德瓦爾斯又提出了“對應(yīng)態(tài)定律”，用這個定律就可用一個方程描寫所有氣體的行為。在范德瓦爾斯對應(yīng)態(tài)定律的指導(dǎo)下，杜瓦(James Dewar)于1898年液化了，卡墨林-翁納斯(Kamerlin-Onnes)于1908年實現(xiàn)了氦氣液化。
杜瓦對低溫學(xué)的貢獻(xiàn)非常重要，他不但在1898年首先液化了，也是氫液化和固化(對液氫減壓降溫)的開拓者，而且于1892年發(fā)明了雙層鍍銀玻璃中間抽真空的低溫容器，成為此類低溫容器的鼻祖，在低溫科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)在氦氣液化過程中起到了極其重要的作用。
在科學(xué)上的所有進(jìn)展都離不開當(dāng)時工業(yè)技術(shù)的支撐。在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初那段時期工業(yè)和技術(shù)已經(jīng)為科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步奠定了物質(zhì)和技術(shù)的基礎(chǔ)。氧氣和空氣的液化、空氣低溫分離、小型液空裝置等不斷面世，這不僅為氦液化提供了預(yù)冷源，更重要的是為氦氣液化提供了相應(yīng)的實驗設(shè)備。
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