Техника - молодёжи 1951-04, страница 8

Жидкий гелий хранят в дьюаре, вложенном е другой дьюар. В промежуток между дьюарами валит жидкий воздух.

прерывно в установке, понижает температуру воздуха настолько, что -воздух начинает сжижаться.

Свойства многих знакомых нам по обыденной жизни тел оказываются сильно измененными при температуре жидкого воздуха—193°. Колокольчик из свинца, который при ' обычной температуре издает еле Слышный, глухой звук, будучи охлажден до температуры жидкого воздуха, начинает издавать четкий звук высокого тона. Удивительным образом меняются свойства резины: она полностью теряет свою эластичность, становится твердой и хрупкой. При ударе она разлетается на куски. Будучи заморожена в согнутом состоянии, резиновая трубка выдерживает значительный вес гири.

Как же получить температуру, еще более низкую, чем температура свободно кипящего жидкого воздуха? Для этого можно воспользоваться известным физическим свойством жидкостей—кипеть при более низкой температуре, под пониженным давлением. Так, известно, что вода на высокой горе, где воздух разрежен, кипит уже не при 100°, а например, при 95° или при еще более низкой температуре. Аналогичным образом жидкий воздух, если пары его откачивать, будет кипеть не при 88 К, а при 80, 75, 70°К, в зависимости от того, до какого давления мы их откачаем. Этим способом получения низких температур широко пользуются в физике. В частности, с помощью откачки паров жидкого кислорода можно получить любую температуру между 90°К и 55°К. (Ниже 55³К кислород отвердевает.)

Еще более низкие температуры могут быть получены, если использовать -в качестве охлаждающей среды жидкий водород. Последний сжижается и кипит под атмосферным давлением при температуре 20,4°К. Путем откачки паров жидкого водорода можно получить температуру до 14^DK. Дальнейшее охлаждение, примерно до 10°К, можно получить, откачивая испарения твердого водорода. В этом интервале температур каждому давлению водородных паров соответствует определенная равновесная температура возгонки твердого водорода.

Физические исследования в интервале температур от 10°К до

90°К привели ко многим существенным открытиям, которые помогли уточнить теоретическое положение квантовой физики.

Имеется целый ряд весьма интересных явлений, в частности возбуждение внутримолекулярных движений, фазовые переходы и т. п., изучению которых сильно способствовали исследования в области температур, получаемых с помощью жидкого кислорода и жидкого водорода. Однако были открыты совершенно новые физи-чеокие явления, когда физики занялись исследованиями в области еще более низких температур, — температур, достижимых с помощью жидкого гелия. В настоящее время под физикой низких температур понимается круг яслений, наблюдающихся главным образом при гелиевых (то-есть от 4,2°К примерно до ГК) и при еще более низких температурах.

У нас в Советском Союзе начало развитию физики низких (гелиевых) температур было положено в Харьковском физико-техническом институте около полутора десятков лет тому назад. Позднее в Москве был открыт Институт физических проблем Академии наук СССР, одним из основных направлений работы которого стали исследования свойств вещества при температурах, близких к абсолютному нулю.

За короткое время советские ученые сумели завоевать ведущие позиции в области физики низких температур. Высокий уровень советских работ по физике низких температур находит iCBoe подтверждение в том факте, что ряд этих работ был удостоен Сталинской премии. Среди этих работ исследования академиков П. Л. Капицы и Л. Д. Ландау, -доктора физико-ма-

Опыты по определению вязкости гелия. А — методом пропускания через капилляр. Б — методом измерения затухания крутильных колебаний подвешенною на нити диска.

тематических наук В. П. Пешкова, члена-корреспондента Академии наук СССР А. И. Шальникова и члена-корреспондента Академии наук УССР Б. Г. Лазарева.

Сверхтекучесть и сверхпроводимость являются наиболее замечательными открытиями физики низких температур. В чем же состоят эти явления?

Начнем со сверхтекучести гелия.

Гелий известен как очень легкий, химически инертный газ. Последнее свойство связано с тем, что электроны в атоме гелия образуют замкнутую оболочку. В результате этого атом гелия не обладает свободными химическими валентностями. Атомы гелия плохо взаимодействуют не только с атомами других элементов, но и друг с другом. Благодаря этому гелий при охлаждении дольше всех дру-гих газов не переходит в жидкое состояние. Его критическая точка лежит при 5,3³К. Выше этой температуры конденсация гелия невозможна ни при каких условиях. Под атмосферным давлением гелий сжижается при температусе 4,22³К.

Жидкий гелий представляет собой бесцветную, очень легкую жидкость (в семь раз легче воды). Жидкий гелий чрезвычайно слабо рассеивает свет, и его было бы трудно увидеть, если бы он не кипел. Жидкий гелий чрезвычайно быстро выкипает.

Сохранение его представляет большие трудности. Жидкий гелий приходится хранить в специальных сосудах с посеребренными стенками (для защиты от излучения). Такой дьюаровский сосуд с гелием помещается в другой посеребренный сосуд, наполненный жидким воздухом. Принимается также ряд других мер предосторожности. Тем не менее гелий, как правило, держится в сосуде всего несколько часов, что ограничивает длительность эксперимента и заставляет исследователя работать с максимальной экономией времени.

Откачкой паров жидкого гелия удается сравнительно легко понизить его температуру до 1,1-1,2^JK. Применяя мощные насосы, очень тщательное экранирование от излучения и другие ухищрения, удалось достигнуть этим методом температуры в 0,71°К. Даже при такой чрезвычайно низкой температуре гелий остается жидким.

Однако если жидкий гелий, охлаждаемый путем откачки, не претерпевает перехода в твердую фазу, то он испытывает другой, совершенно необычный и весьма замечательный переход. Прежде всего он резко меняет свой вид. Если при температурах выше 2,186-К поверхность раздела между жидким гелием и паром выглядит чрезвычайно размытой, ниже этой температуры поверхность раздела становится резкой и абсолютно неподвижной.

Этот переход при 2,186°К был подробно исследован.

Жидкий гелий при температуре выше 2,186°К получил название ге-лий-1, а гелий ниже 2Д86 К - ге-лий-П.

Гелий-I по своим свойствам весьма похож на обычные жидкости. Напротив, гелий-П оказывается жидкостью, наделенной необыкно

6