Техника - молодёжи 1945-06, страница 22

сосуда Дюара, чтобы удержать его в целости. Это пришлось сделать в 1908 году Камерлинг-Оннесу, когда после долгих трудов ему удалось превратить © жидкость последний, еще не ожиженный газ — гелий. Температура жидкого гелия оказалась 4,2 градуса Кельвина. Это в 70 раз холоднее «воды в умывальнике!

Эта знаменательная дата — ожиженне гелия — начало физики подлинно низких температур. Сбылась давняя мечта многих ученых — исследовать свойства веществ при нескольких градусах выше абсолютного нуля». Это был подлинный триумф, опьяняющий успех науки!

И это был еще не предел.» Сразу стало ясно, что, понижая давление паров жидкого гелия, откачивая их насосом, можно спуститься еще ниже по температурной щкале. К концу своей жизни Камерлинг-Оннес достиг таким образом 0,8 градуса Кельвина. Это почти в 400 раз меньше комнатной температуры! Правда, теперь, когда рекордно низкая температура, полученная физиками, равна 0,0044 градуса Кельвина, то есть меньше комнатной в 60 тысяч раз, это ие кажется уже таким поразительным. Но тогда это было, конечно, великолепным достижением.

УДИВИТЕЛЬНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ

Камерлинг-Оннес не замедлил воспользоваться этим чудесным экспериментальным успехом. В его лаборатории началась целая серия опытов по изучению свойств вещества вблизи абсолютного нуля.. Изготавливались тонкие приспособления, сложные устройства, чтобы поместить исследуемые образцы на дно узкого дюара, куда наливался гелий из ожижительной машины- От измерительных приборов в сосуд протягивались тонкие нити проводов, от насосов шли резиновые трубки, для от: качки, И жидкий гелий исправно создавал во всех опытах холод, необходимый исследователю.

Как выяснилось значительно позже, самая холодная жидкость из всех существующих может быть смело названа также и самой удивительной жидкостью на свете. Оказалось, что жидкий гелий обладает совершенно особыми свойствами» таит в себе для ученых целый рудник открытий... Любопытно, что Камерлинг-Оннес не заметил этого ни в 1908 грду, ни позже. Для него гелий был простым холодильником, образцом,

скромным помощником в измерениях. И только тридцать лет спустя в СССР академик П, JI. Капица открыл то, что * не удалось заметить голландскому физику и что не смогли разгадать позднее исследователи всех криогенных* лабораторий мира, хотя многие из них подходили вплотную к открытию нового явления. Это—сверхтекучесть жидкого гелия, открытая П. JL Капицей в 1937 году.

Но Камерлинг-Оннес не думал тогда ни о каких новых явлениях с заманчивой приставкой «сверх». В своих опытах он видел лишь проверку известных ему теорий и вовсе не предполагал, что встретит что-нибудь неожиданное. Оказалось, что это не так.

В то время его интересовало, как меняется при низких температурах сопротивление металлов электрическому току. Давно уже было известно, что постоянный ток в металле —это поток электронов, то есть частичек отрицательного электричества. В каждом металле есть электроны, называемые «свободными». Они называются так потому, что не связаны прочно с атомами, а свободно блуждают между ними, переходя от одного к другому.. В, любой металлической проволоке эти свободные электроны — словно налитая в трубочку жидкость. Если проволоку приключить к полюсам батареи, то свободные электроны перестанут беспорядочно блуждать по металлу. Они будут притягиваться к положительному полюсу батареи, и от этого в проволоке образуется сплошной поток электронов в одном направлении. Другими словами, по -проводнику пойдет электрический ток.

Ясно, что электроны не текут в металле без всяких препятствий. На их пут» встречаются атомы, которые в зависимости от температуры металла> колеблются более или менее быстро и тем самым задерживают, тормозят поток электронов. Иначе говоря, металл оказывает сопротивление току.

Как же влияет на сопротивление металла температура? Очевидно, что с охлаждением металла оно постепенно должно уменьшаться, потому что колебания атомов становятся слабее и электронам легче двигаться между ними. Но полностью колебательное движение атомов прекращается только при абсолютном нуле. Поэтому надо пред

1 Криогенными называются лабора-то* рии, приспособленные для изучения веществ при низких температурах.

Установка для ожижения гелия, работающая в Институте физических проблем

Академии наук СССР.

полагать, что сопротивление—алла ■ остается хотя и малым, но все же заметным при любой низкой температуре.

Это и задумал проверить Камерлинг-Оннес. Среди' металлов, сопротивление которых он измерял, была- ртуть — этот всем хорошо известный жидкий металл. Впрочем, ртуть остается жидкой, разумеется, не всегда, Около-—89 градусов Цельсия она замерзает, и тогда, если угодно, ею можно хоть заколачивать гвозди.

Камерлинг-Оннес наливал ртуть в длинные стеклянные капилляры (тонкие трубочки)! с ©паянными в них проводами для подведения тока. Все это опускалось в дюар, куда наливался ге* лий. Ртуть в капиллярах замерзала, и оставалось только с помощью электрических приборов измерить ее сопротивление при тех температурах, какие возможно было создать в дюаре откачкой.

Первый опыт был сделан в апреле 1911 года. Что же ожидал от него голландский ученый?

Он ожидал, что сопротивление ртути по мере ее охлаждения будет плавно, постепенно уменьшаться, как это уже было с другими металлами. Он был уверен, что это уменьшение будет таким, каким ему полагается быть по формулам физики.

И первый опыт, казалось, вполне оправдал его ожидания.

Измерения показали, что при охлаждении ртути до 14 градусов Кельвина ее сопротивление уменьшается в 30 раз по сравнению с сопротивлением при комнатной) температуре; в- 500 -раз делается оно меньше при дальнейшем охла. ждении до 4,2 градуса {Кельвина и, наконец, в 10 тысяч раз—при 3 градусах Кельвина. Это было очень хорошо, так как именно это было предсказано формулами. Камерлинг-Оннес был весьма доволен удачным исследованием » поспешил напечатать сообщение о его результатах.

Правда,, последнее измерение было сделано не вполне безукоризненно. При 3 градусах Кельвина сопротивление ртутного столбика сделалось уже таким малым, что измерительный прибор попросту показал самую маленькую цифру, какую был в состоянии дать. Строго говоря, можно было утверждать только то, что сопротивление ртути при Э градусах Кельвина не больше отсчитанного на приборе числа. Но оно могло быть и меньше.

Как добросовестный исследователь, Камерлинг-Оннес не забыл отметить в своем сообщении этот, казалось бы, незначительный факт. И прибавил, что в ближайшем будущем он сделает более точные измерения.

Через месяц он выполнил свое обещание, взяв другой прибор, .предназначенный для измерения особенно малых сопротивлений. Этот прибор (он называется потенциометром) был в тысячу раз чувствительнее прежнего. Вооруженный так солидно для борьбы за высокую точность, Камерлинг-Оннес при* ступил к повторному опыту.

Это произошло в один из майских дней 1911 года. В лаборатории царил полумрак: точные измерения требовали световых сигналов, плохо видных при свете яркого весеннего солнца. Камерлинг-Оннес уселся за просторный рабочий стол. Acgh^t^ht^ хлопотали воз-пъ машин. Исследователь повторил сначала измерения при 14 градусах Кельвина и< при 4,2 градуса Кельвина. Как и ожидалось, потенциометр показал то.же самое, что было уже получено раньше. Отлично!,. Теперь надо по-яизить температуру до 3 градусов Кельвина. Лаборант пустил; © ход насос, тот зашумел, застучал, откачивая гелиевые пары. Камерлинг-Оннес смотрит на манометр, ждет, пока давление в дю-

20