温度是表征物体冷热程度的一个物理量。究竟冷到什么样的温度才称为低温呢？从物理学角度来讲，低于德拜温度才称为低温。因为在德拜温度以下，晶格的热振动已开始被扼制。由于各种物质的德拜温度不同，所以低温的温区也就各不相同。从制冷技术的角度来讲，低于111.7K才称为低温，因为它是天然气的液化点。然而，在现代科学技术中，通常是液态氧沸点以下的温度称为低温，因为几乎所有的低温实验都是在液氧温度以下进行的，而且，在液氧温度以下的实验技术有许多共同性。
**低温液体及其使用**
目前，在大多数的低温实验中均采用低温液体作为低温源。所谓低温液体就是沸点低于90Ｋ（氧的沸点）的液化气体。试样或装置只要浸泡在低温液体中，就可进行各种低温测试工作。由于几乎所有的低温实验都应用低温液体，而应用最多的是液氮、液氢和液氦，所以我们先来讨论一下它们的性质与使用方法。
低温液体有：液态氦、液态氢、液态氖、液态氮、液态氧和液态空气等。下面介绍比较常用的低温液体（液态氦、液态氢和液态氮）的性质和用途。
1液态氦
液态氦在低温技术和低温物理中有着非常特殊的地位。在所有气体中，它的临界温度和沸点最低，利用它可以获得mK级的低温，是目前主要的低温源。同时,液氦有着一些和其它液体极不相同的奇异性质，例如，它在常压下永远不会疑固，尤为奇妙的是能在宏观上显示“量子性质”——超流现象。因此液态氦被称为“量子液体”。在近代科学技术和基础理论研究中都占有极其重要的地位。
氦是惰性气体，有二种同位素，按其原子量的不同，分别称为4He和3He。4He的正常沸点为4.2K，3He的正常沸点为3.2K，在大气中，4He的含量约为1／106，而3He的含量仅约为1／1012，所以，若无特殊说明，通常说的液氦是指液4He。
①液态氦（4He）有超流动性
液态氦（4He）是一种流动性极大的无色液体。它的最奇特的性质是具有“λ”相变。当人为把液氦的温度降到2.17K附近时，发现液氦的各种性质都有异常的变化，例如比热、密度等，在2.17K处都有突变。
这种突变曲线的形状很象希腊字母“λ”，因此就叫做“λ”相变。根据热力学原理,λ相变属二级相变。“λ点”所处的温度为2.17K。温度在λ点以上时，液氦的性质是正常的，称为He-Ⅰ；λ点以下，出现超流现象，称为He-Ⅱ。
He-Ⅱ的特性，给低温实验带来一些实际的好处。例如某些低温装置可用He-Ⅱ冷却；在He-Ⅱ中工作，不仅因为温度低，而且由于He-Ⅱ导热系数大，能使温场非常均匀。但是也给我们带来了一些新的困难：超流氦的爬行膜能沿着容器壁向热端爬行，直至温度为2.17K处。这就大大地增加了He-Ⅱ的蒸发，使减压降温遇到困难。另外，粘滞系数接近于零，产生“超漏”现象。因为，He-Ⅱ能无阻地通过0.1μm或更小的微孔，而这种微孔在室温下，即使用最灵敏的氦质谱检漏仪也是无法检出的。这些都是使用He-Ⅱ时所必须充分注意的问题。
②氦分子之间的相互作用很弱
这导致了液氦的其他许多特点，例如：密度小，蒸发潜热小，光折射率和介电常数都和气体相近。所以，液氦的性质在某种程度上有点类似于气体。由于以上这些特性，使用时要有所注意，如折射率和气体相近，会使玻璃杜瓦瓶中的液氦面不大容易看清，观察时要格外仔细、耐心：介电常数和气体的差异不大，对电容式液面计的设计提出了更高的要求；但是，从使用的角度讲，最重要的一条是它的蒸发潜热太小．液氦的蒸发潜热仅2.54J／cm3，是同体积液氢的1／12。是液氮的1/62．只要有0.7W大小的漏热，每小时就要蒸发掉一升液氦。因此在贮存和转输过程中，必须采取特殊的绝热措施。否则外界漏入的热量会使液氦迅速汽化，以致实验无法完成，这一点在使用时务必特别注意。
事物总是一分为二的，液氦的潜热虽然很小，但它的蒸气从4.2K回升到室温时的冷却能力（又称显热）却很大，要比潜热大80倍。如果能充分利闲氦气的冷却能力，那么液氦的损失量可大大减小．因此在使用液氦或设计低温装置时，一定要记住液氦的潜热很小，并尽可能利用氦蒸气的冷量——显热，这一点应该特别强调。
在我国氦气稀缺昂贵，蒸发出来的氦气要加以回收，设备应当做到不漏气，以使在封闭循环中不外泄。
2液态氢
氢气的临界温度较低(33K)，而且氢气与空气相混合后容易爆炸，因此自从1898年氢气被液化后的相当长时间内，人们仅仅在实验室内进行少量的液氢生产，本世纪五十年代，由于液氢作为火箭燃料逐渐成为现实，这就大大地推动了液氢技术的发展。液氢除了作为火箭燃料外，在原子能工业中，也有重要的应用，例如：利用液氢气泡室来研究基本粒子，利用液化氢气来生产重水等。于是随着宇航和原子能事业的发展，液氢的生产也就得到很大的发展。
氢是双原子分子。两个氢原子的核自旋方向平行的叫做正氢，两个氢原子的核自旋方向反平行的叫做仲氢。自然界的氢就是正氢和仲氢的混合物组成的。由于仲氢的能量比正氢低，所以氢分子处在这两种不同状态下的能量是不相同的。平衡时，正仲氢的比例与温度有关，见表1，这种氢叫平衡氢，例如在室温下平衡时，仲氢占25％，正氢占75％，这种比例的氢通常称为正常氢。
到液氮温度时平衡氢中的两种氢的成分几乎相等；而在H2的沸点温度（20.4K）平衡氢中几乎全是仲氢。占99.79％。如果没有附加的转换装置，刚从液化器中生产出来的液氢，基本上是正常氢。但其中的正氢要逐步转化为仲氢以达到新的平衡。这种转化进行得十分缓慢，并伴随着放热，致使液氢大量蒸发掉。在计量工作中需用的都是平衡氢，为了获得平衡氢，一般在液化过程中用氢氧化铁作为催化剂，以加速其正-仲转换。
表1热平衡状态时仲氢的组份T（K）仲氢（%）2099.824088.618048.3912032.8727325.13
在通常的实验工作中，应注意液氢的沸点、三相点、蒸气压等参数都随正、仲氢的比例不同而有一些变化。当液氢中的组份偏离平衡氢时，其蒸气压的偏差可由图1查出。根据图1可知：正常氢的沸点和三相点均比平衡氢约高0.1K。当实验要求的温度精度高于0.1K时，必须考虑到正、仲氢的比例。
使用液H2要十分注意安全，空气中若含有4.0％到72.2％（体积比）的氢气，就是爆鸣气，氢气和空气混合物的最小着火能很低，比通常的碳氢化合物低一个数量级，起爆容易。虽然氢的比重轻，易于逸散及氢火焰的热辐射弱（只有碳氢化合物的1～10％），对周围伤害小，但是还要认真对待。只要我们掌握它的规律，就可以防止发生事故，这已为很多用氢单位的实践所证实，从实验室的角度看，主要应注意：
1）盛氢的系统要有良好的密封性，蒸发出来的氢气要用管子通到室外放空或回收。
2）室内要有极好的通风，排风扇应装在室内尽可能高的位置；实验一般不在大楼内进行。
3）严禁明火。对易产生火花的地方加以必要的保护措施：地面铺上橡皮，不穿带钉子的鞋履进入实验室；电器采用防爆设备：电闸放在室外或浸在油中；使用仪器时，先插好插头，再合电闸，无法避免的能产生微小火花的仪器元件，应放在低处等等。
3液态氮
液态氮在低温技术中甚为重要。氮的化学性质相当不活泼，不会爆炸，也无毒性，液化后是一种安全的低温液体。液氮可以在空气液化分离后获得，是目前工业制氧的副产品。因此生产比较经济，储运也较方便。液态氮是一种既安全又廉价的低温液体，在低温技术中得到了广泛的应用。
液态氮是近于无色透明的液体，它的正常沸点是77.344K，三相点是63.146K。沸点与三相点之间的温差约为14K。由于液态温区比较狭窄，所以利用机械泵对液氮进行减压时，极易达到三相点而使液氮凝固。固氮是一种无色透明的结晶，它在温度为35.6K处有一个相变，即从α相转变为β相。这个相变点有可能被用来作为温度的参考点。
在低温技术中，液氮主要应用于下列几个方面：
1）作为低温实验的冷源
液氮的冷却温区可由三相点(63K)到室温，除了直接在这一温区进行实验工作外，对于材料或实验装置在更低温度时的性能，液氮也能提供有益的信息．例如，为了了解工作在液氦温区的零、部件结构能否适应如此大的温差，在设计时就需要知道这些材料在该温度下大致收缩多少。由于大多数材料，温度降到液氮温度即已收缩得差不多了。因此，粗略地估计极低温下材料的冷缩程度常常只需在液氮温度下进行估测，问题即可基本解决。此外用于液氦温区的低温温度计，也可先在液氮温度下进行初试和老化。新制的液氦温度下用的设备，可先泡在液氮里试试漏不漏气，有没有由于材料的收缩不同而引起形变和破裂等等。
2）预冷和保护
由于液氮的蒸发潜热小及获得困难，实验时为了节省液氦氮，常常先用液氮把装置预冷到77K。例如lkg的铜，从室温冷却到液氦温度，需要冷量（即液体要吸收掉的热量）为79×103J，即要消耗29L液氦（只计算蒸发潜热）．如果先预冷到液氮温度，然后再冷到液氦温度，则只要冷量6×103J。相当于消耗液氦2.2L。这里我们看到，液氮完成了冷却任务的90％以上,这样就大大地节省了液氦。这个估计具有普遍意义。因为一般物质的比热在液氮温度以下都已变得很小，再继续冷却就比较容易了。除此以外，目前大部分的氢液化器和氦液化器，运转时都是先用液氮进行预冷，然后再经过绝热膨胀和绝热节流等过程使氦或氢液化。同时为了减少液氦和液氢的蒸发，常在液氦，液氢容器的外层加一个液氮的保护层，把环境温度从300K降到77K，这样可大大减少辐射漏热、改善绝热效果。
除了上述的应用，在低温工程中，液氮还被用于纯化器的冷却，在真空技术中，液氮被用于冷阱。而在生物学和医学中，液氮更是目前主要的冷源。
由于液氮的沸点比氧的液化点低，因此空气中的氧要渐渐溶入液氮而使液氮的沸点升高，所以，液氮的沸点不能作为温度的固定点。