Генрих Бурмин - Штурм абсолютного нуля

• Название: Штурм абсолютного нуля
• Автор: Генрих Бурмин
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1989
• ISBN: 5-08-000602-1

Книга о том, как физики, проникнув в область температур вблизи абсолютного нуля, открыли замечательное свойство вещества — сверхпроводимость. В ней рассказывается о выдающемся достижении современной физики — высокотемпературной сверхпроводимости, о применении сверхпроводников в технике и промышленности, об ученых — творцах этой области науки.

---

В 1882 году Кальете вернулся к своему эксперименту, применив для охлаждения сосуда со сжатым кислородом этилен вместо двуокиси серы.

Температура первоначального охлаждения понизилась до —105 °C.

Однако облачко сжиженного газа по — прежнему мгновенно исчезало, словно привидение в старинной легенде.

Удержать в сосуде жидкость, кипящую при немыслимо низкой температуре, — такую задачу предстояло решить исследователям.

Здесь успех сопутствовал двум польским физикам 3. Вроблевскому и К. Ольшевскому.

3. «Призрак» превращается в реальность. Скрипка Дьюара. Сюрприз на финишной прямой. Последняя крепость взята! Окно в мир сверхпроводимости.

Зыгмунт Флоренты Вроблевский родился в 1845 году в городе Гродно. Окончив гимназию с серебряной медалью, он поступил в 1862 году на физико — математический факультет Киевского университета.

В 1863 году за участие в политической деятельности восемнадцатилетний студент подвергается аресту. Вроблевский проводит шестнадцать месяцев в тюремных застенках Гродно и Вильно, откуда его гонят по этапу в ссылку в город Томск.

Только в 1869 году, амнистированный по «высочайшему манифесту», Вроблевский смог вернуться домой.

Стремясь получить научное образование, опальный студент едет в Германию.

Нелегко пришлось на чужбине молодому человеку, обладающему весьма ограниченными материальными средствами. Приходилось довольствоваться мизерной денежной помощью, которую могли оказать родители, и случайными гонорарами за научно — популярные статьи в русской газете «Сын Отечества».

В сибирской ссылке Вроблевский усиленно изучал научно — популярную литературу по естественным наукам.

Стремясь творчески познать явления окружающего мира, он разработал новую космическую теорию.

Тщетно пытался Вроблевский заинтересовать своей космической теорией немецких физиков Кир- гофа и Клаузиуса. И тот и другой оказали ему весьма холодный прием.

По — иному встретил Вроблевского видный естествоиспытатель, профессор Берлинского университета Г ерман Гельмгольц.

Он внимательно выслушал посетителя и терпеливо разъяснил его ошибки.

— А если мои доводы вас не убедили, то почему ж вам не провести эксперименты в моей лаборатории? — спросил Гельмгольц, доброжелательно глядя на юношу, жаждавшего посвятить свою жизнь науке.

Вроблевский с радостью принял это предложение.

Вскоре он убедился в ошибочности своих космических взглядов и занялся проблемой, имеющей важное значение для развития физики, — исследованием свойств газов.

В 1874 году, после защиты докторской диссертации, Вроблевский получил должность ассистента, а затем доцента при кафедре физики Страсбургского университета.

Работы молодого ученого получили признание научного мира. Они заслужили высокую оценку одного из корифеев науки — английского физика Максвелла.

Польские физики с понятным интересом следили за научными успехами своего соотечественника.

Вроблевский получает приглашение перейти на работу в Краковский университет.

До возвращения на родину Вроблевский в течение одного года работал в лаборатории известного в то время химика, члена Парижской академии наук Сент — Клер Девиля, где он провел ряд экспериментов с аппаратом Кальете.

Наблюдая за голубоватым облачком сжиженного кислорода, внезапно появляющегося внутри толстостенного сосуда, чтобы сразу исчезнуть, словно мираж в пустыне, исследователь задумался над вопросом: как удержать необычайно холодную жидкость?

В 1882 году Вроблевский возглавил кафедру физики в Краковском университете. Он немедленно выписал из Парижа аппарат Кальете.

С не меньшим нетерпением ждал прибытия французского аппарата и другой краковский физик — Кароль Ольшевский. Он в течение многих лет безуспешно работал над усовершенствованием устаревшего оборудования для сжижения газов.

Ольшевский пришел в восторг, когда увидел в Кракове современную аппаратуру Вроблевско- го. Физики стали работать вместе.

Краковская установка для сжижения кислорода была собрана в феврале 1883 года. А уже в апреле того же года в трубке аппарата «спокойно» кипела голубоватая жидкость.

Вроблевский и Ольшевский усовершенствовали аппаратуру Кальете.

Стеклянная трубка была изогнута так, что собирающийся в ней жидкий кислород не мог уходить через расширяющуюся верхушку, а удерживался в нижней части трубки.

Далее, для охлаждения трубки использовался жидкий этилен, кипящий не при атмосферном давлении, как это было в экспериментах Кальете, а при давлении в 2,5 сантиметра ртутного столба, то есть в тридцать раз меньшем. Температура была понижена до — 130 °C.

После того как в трубку был введен кислород под высоким давлением, сквозь прозрачную стенку можно было увидеть капельки жидкости, которые, скатываясь, собирались на донышке. «Призрак» приобрел реальное очертание.

Кислород был сжижен без использованного Кальете первоначального расширения газа.

Схема аппарата Вроблевского и Ольшевского: 1— стеклянная трубка с прочными стенками; 2— стальной цилиндр, наполненный кислородом под высоким давлением: 3— сжиженный кислород; 4 — этилен, кипящий при пониженном давлении и температуре 130 °C. Сквозь стеклянную стенку можно было наблюдать, как в аппарате «спокойно» кипела голубоватая жидкость.

Вскоре был получен в устойчивом состоянии и другой сжиженный атмосферный газ — азот.

Продемонстрировав возможность длительного сохранения жидкого кислорода и жидкого азота, польские физики создали предпосылки для исследования этих холодных жидкостей, их практического применения и дальнейшего продвижения по пути к абсолютному нулю.

Воодушевленные своими успехами, Вроблевский и Ольшевский в 1884 году провели серию опытов по сжижению водорода методом Кальете путем расширения. Наблюдаемый при этом легкий туман они приняли за капли жидкого водорода, но полной уверенности в этом не было, так как туман мог быть следствием какой‑либо примеси.

Времена Кальете и Пикте минули. Исследователь, объявивший, что он получил жидкий водород, должен был подтвердить свое заявление более существенными аргументами, чем мимолетное облачко тумана.

Пройти один из наиболее трудных участков пути к абсолютному нулю выпало на долю английского химика и физика Дьюара.

Джеймс Дьюар родился в 1842 году в многодетной семье шотландца — владельца небольшой гостиницы. Он был младшим из семи сыновей. В десятилетнем возрасте Джеймс провалился под лед и в течение нескольких лет после этого происшествия отличался очень слабым здоровьем.

Предоставленный самому себе, мальчик проводил много времени у деревенского столяра, который научил его делать скрипки.

Очевидно, именно тогда у будущего ученого развились ловкость, сноровка и привычка к тонкой физической работе.

Биографы Дьюара отмечают, что в день его золотой свадьбы играли на одной из скрипок, сделанной им самим. На ней была надпись: «Джеймс Дьюар, 1854».

По окончании Эдинбургского университета Дьюар начинает в этом же университете читать лекции по химии. В 1877 году он получает профессуру в Лондонском королевском институте, где работает до последних дней своей жизни.

Научные интересы Дьюара были весьма разнообразны. Но его наиболее выдающиеся достижения относятся к области низких температур.

Узнав о сжижении кислорода, Дьюар выписывает из Парижа аппаратуру и уже летом 1878 года демонстрирует капли жидкого кислорода на своих публичных вечерних чтениях по пятницам.

Работы, проведенные Дьюаром в королевском институте, и его непрерывные демонстрационные опыты наглядно свидетельствовали о том, что сжиженные газы могут и должны «спокойно кипеть в пробирке». Для этого необходимо выполнение двух условий: первое — наличие достаточного количества сжиженного газа, второе — соблюдение предосторожностей, препятствующих немедленному испарению жидкого газа.

Первая проблема к тому времени была уже решена краковскими физиками. Они же наметили путь для решения второй задачи. Напомним, что трубка, в которой сжижался кислород, помещалась в сосуд с жидким этиленом. Образующиеся при испарении этилена холодные пары мешали притоку тепла извне.

Вот тогда в научной терминологии появилось новое слово — криостат (от греческого слова «кри- ос» — холодный). Так стали называть сосуд специальной конструкции, предназначенный для хранения сжиженных газов. Сама же техника получения низких температур получила название криогеники или криогенной техники.