Техника - молодёжи 1951-04, страница 9

венными свойствами. Наиболее важным из этих свойства гелия-П является его сверхтекучесть. Как известно, каждая жидкость или газ в определенном состоянии характеризуется определенной величиной вязкости. Последняя проявляется, например, в том, что перетекание жидкости через капилляр или узкую щель с заметной скоростью возможно лишь в случае, когда на концах протока создана достаточная разность давления. Оказалось, что вязкость гелия-П, измеренная по протеканию через очень узкую щель (зазор, порядка 1 микрона), в миллиард раз меньше вязкости такой сравнительно текучей жидкости, как вода. Это настолько малая величина, что практически можно считать ее равной нулю и рассматривать прютекание гелия через капилляр как происходящее без трения. Гелий-I сверхтекучестью не обладает.

Это свойство появляется у гелия внезапно, скачком, при переходе через 2,186 К.

Вязкость жидкости и газа может быть определена еще одним способом, а именно: по времени затухания вращательных колебаний горизонтального диска, подвешенного на упругой нити и погруженного в исследуемую среду. Для всех без исключения обычных жидкостей и газов оба метода дают близко совпадающие результаты. Совершенно иначе обстоит дело с гелием-И. В то время как при перетекании по капилляру гелий-П проявляет сверхтекучесть, в опытах с затуханием диска гелий-II ведет себя, в общем, весьма похоже на гелий-1.

Таково первое фундаментальное свойство и первое фундаментальное противоречие, с которыми встретились физики при изучении свойств гелия-П.

Другая группа удивительных явлений была обнаружена при изучении переноса тепла в гелий-II. Как известно, каждое вещество, находящееся в определенном состоянии, характеризуется некоторым значением теплопроводности. Из всех оЬычных веществ наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Жидкости обладают значительно меньшей теплопроводностью. Еще худшими проводниками тепла являются газы. В случае жидкостей и газов нередко на истинную теплопроводность «екладывается перенос тепла путем конвекции, что приводит к заметному возрастанию кажущейся теплопроводности.

Гелий-I оказался довольно плохим проводником тепла: его теплопроводность близка к теплопроводности газов. Напротив, теплопроводность гелия-II оказалась чрезвычайно большой. При известных условиях она в тысячи раз превосходит теплопроводность такого хорошего проводника тепла, как медь, во много миллионов раз превосходит теплопроводность гелия-1. Таким образом, гелий-II оказывается наилучшим из известных нам проводников тепла.

Странными и удивительными казались и другие явления, связанные с переносом тепла в гелий.

Физиками был поставлен, например, такой опыт. В сосуд с жидким гелием помещен маленький закрытый сосудик, оканчивающийся капилляром, длиной в несколько сантиметров и толщиной в несколько

десятых миллиметра. Через этот капилляр сосудик заполняется гелием. Внутри сосудика расположены нагреватель (проволочка из кон-стантана) и термометр (проволочка из фосфористой бронзы, электрическое сопротивление которой зависит от температуры). Если через нагреватель пропускать электрический ток, то в нем будет выделяться ежесекундно некоторое определенное количество тепла. При этом с гелием внутри сосудика как будто ничего особенного не происходит. Температура его после первоначального, очень небольшого повышения в дальнейшем остается постоянной. Это означает, что все тепло выходит через капилляр в наружный гелий.

Если теперь перед капилляром расположить маленькое плоское крылышко площадью в несколько квадратных миллиметров, то оказывается, что оно испытывает давление со стороны, обращенной к капилляру, совершенно аналогичное тому давлению, какое вытекающая из трубки струя воды оказывает на поверхность, на которую она падает. Таким образом, мы как бы наблюдаем в этом опыте «тепловую струю» в гелии-II. Эта тепловая струя бьет на довольно большое расстояние, до 1 см и больше, в основном сохраняя свою форму. Эта струя не только оказывает

Ив колбочки с жидким гслием-П, в которой помещена нагревательная спираль, непрерывным потоком вытекает «тепловая струя». Непрерывность этого процесса объясняется тем, что навстречу выте-кающему нагретому гелию в колбу поступает холодный гелий в сверхтекучем состоянии, не обладающий вязкостью. Это явление проявляется в опыте с вертушкой, в которой нагрев гелия-II осуществляется лучом света (рис. внизу).

Термомеханический эффект. Нагревание увеличивает концентрацию тепловых возбуждений в гелии-II (изображены крупными шариками—2). Выравнивание концентраций тепловых возбуждений происходит за счет перетекания сверхтекучей компоненты — гелия-II (мелкие шарики—1) через узкий капшхляр. Возникающий процесс до некоторой степени аналогичен явлениям диффузии и осмоса. Внизу — в пробирке находится раствор сахара. В сосуде — чистая вода. Молекулы сахара не способны проникнуть черев полупроницаемую перегородку, которая для молекул воды проницаема. Благодаря проникновению воды в сахарный раствор концентрация последнего уменьшается, а уровень жидкости повышается.

давление на крылышко, на которое она падает, но также и обладает обратным, «реактивным» действием на сосудик, из которого она вытекает.

Третья группа существенных наблюдений относится к так называемому термо-чмеханичеокому эффекту в гелии-II. Если соединить очень тонким капилляром два вертикальных сосуда, содержащих гелий-II в равновесии с газом, то пока разность температур между сосудами равна нулю, уровни жидкого гелия в обоих сосудах располагаются «а равной высоте. Однако стоит создать между обоими сосудами хотя бы небольшую разность температур, порядка сотых или даже тысячных долей градуса, как равновесие оказывается нарушенным не только с тепловой, но и с механической стороны. Это проявляется в том, что гелий немедленно устремляется из более холодного сосуда в более теплый сосуд. В результате между уровнями гелия в обоих сосудах создается некоторая разность по высоте, зави

7