Техника - молодёжи 1951-04, страница 7

I

Кандидат физико-математических ваук Р. ЧЕНЦОВ Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВА

Читатели А. И. Кашук us t. Харькова и А А. Фокин из села Пахта-Арал просят рассказать о ян лени ух. происходящих при сверхнизких температурах. Публикуя настоящую статью, мы выполняем просьбу наших читателей.

зовать явление расширения тел при нагревании. Так возникли первые термометры: газовый и жидкостный.

Разгадка физической сущности теплоты принадлежит гениальному Ломоносову. Он первый указал на то, что мельчайшие частицы, из которых состоят все тела, — молекулы — пребывают в постоянном движении и что это молекулярное движение и составляет сущность теплоты. Температура является мерой этого теплового движения: чем оно интенсивнее, тем выше температура. Ломоносов сразу же указал на то, что по мере охлаждения должен наступить такой момент, когда тепловое движение прекратится. Такое состояние вещества получило название абсолютного нуля температуры.

Как же происходит тепловое молекулярное движение?

В газах оно представляет собой беспорядочный полет молекул по всевозможным направлениям. В случае двухатомных газов, молекулы которых представляют собой некоторое подобие гимнастических гантелей, к поступательному тепловому движению прибавляется еще -вращательное движение этих гантелей. В жидкостях мы имеем аналогичную, правда значительно более -сложную, картину молекулярного движения.

Но совсем иначе выглядит тепловое движение в твердых телах. Твердые тела, как известно, состоят из кристаллов. Это означает, что атомы твердых тел расположены в пространстве не хаотически, а вполне определенным образом, в узлах так называемой пространственной решетки. Однако и здесь атомы находятся в непрерывном движении: они колеблются вокруг этих узлов как центров. Чем больше амплитуда и скорость колебаний частиц, тем выше температура тела. Тепловые колебания молекул прекращаются только при абсолютном нуле температуры. Было установлено, что эта температура равна —273,16°С. В теоретической физике и физике низких температур применяется так называемая абсолютная шкала температур. Здесь —273°С считается равным 0°К, а 0°С равен 273°К.

Захватывающе интересной является область низких температур.

Прежде всего при достаточном понижении температуры все вещества, являющиеся при обычных температурах газообразными, превращаются в жидкости, которые, в свою очередь, могут быть переведены в твердое состояние дальнейшим охлаждением.

Современная наука и техника широко используют сиЕклеяные газы и особенно жидкий азот и кислород.

Жидкие газы получают с помощью специальных установок, производящих холод. Эти установки являются обращением обычных тепловых машин - таких, как паровая машина, двигатель внутреннего сгорания и др.. в которых тепловая энергия (прекращается в механическую работу.

Холодильная машина, наоборот, работает так, что тепло «выкачивается» из охлаждаемого телв; на это требуется совершение определенной механической работы.

В установках, производящих жидкий воздух, газообразный воздух прежде всего подвергают сжатию, совершая весьма большую работу; при этом rat нагревается. Выделяющееся тепло отводится, и газ охлаждается примерно до комнатной температуры. Затем воздуху дают возможность расширяться; воздух совершает при этом внешнюю работу, передвигая поршень или вращая турбину, а также работу против внутренних сил межмолекулярного притяжения. Это расширение совершается лишь за счет внутренней энергии газа, которая заключена в основном в кинетической энергии беспорядочного теплового движения молекул. В результате затраты энергии скорость теплового движения молекул при расширении газа уменьшается, и температура его падает. Остальное является делом технико-конструктивного оформления установки, которое, впрочем, является весьма важным, так как определяет энергетическую стоимость килограмма жидкого воздуха.

Цикл сжатий и последующих расширений, совершающихся не-

Еще древнему человеку были знакомы субъективные ощущения теплоты и холода, испытываемые при прикосновении к горячему или холодному предмету. Однако потребовались многие тысячелетия для того, чтобы достигнуть в этом вопросе ясности. Введение понятия температуры явилось важной вехой на пути изучения тепловых явлений. Температуру тел, то-есть степень их нагретости, научились измерять. Для этого стали исполь-

Принцип работы холодильных машин. (А) Начало цикла. (Б) Газ сжимается компрессором (левый цилиндр). Температура его повышается. (В) Отдавая тепло холодильнику, газ понижает свою темпе-

farypy. (Г) Сжатый гам расширяется, емпература его резко падает. В холодильных установках такие циклы непрерывно повторяются, и газ охлаждается все сильнее и сильнее.

б