Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
- Кельвина; он используется во всех охлаждающих устройствах
компрессорного типа, в том числе и в домашних холодильниках.
60
ство, причем предусматривалась возможность предварительной откачки этого
пространства и заполнение его чистым газообразным водородом (последнее
необходимо для поддержания в дальнейшем удовлетворительной прозрачности
жидкого водорода)... Сосуд с водородом был окружен третьим дьюаро-м Ес с
жидким воздухом, который в свою очередь был помещен в дьюар Ей со
спиртом, нагреваемый путем циркуляции 1.
С помощью всех этих ухищрений и чрезвычайно высокой чистоты гелия нам
удалось поддерживать установку полностью прозрачной вплоть до конца
эксперимента, примерно в течение 5 ч".
Первые измерения сопротивления проводились на модифицированной установке
для ожижения гелия, изображенной схематически на рис. 4.2. Образцом
служила платиновая проволока, указанная на рисунке буквой О, которая
использовалась в предыдущих экспериментах. "Тонкая платиновая проволока
намотана на стеклянный цилиндр, причем для обеспечения большей плотности
прилегания намотка производится нагретой проволокой; утолщенные концы
проволоки Wa и Wb привариваются к стеклу. К этим концам оловянным припоем
припаиваются двойные платиновые провода Wai, Wai и Wbt, Wb,". Эти провода
обозначены теми же буквами в месте выхода вверху справа. "Сопротивление
измерялось мостом Уитстона... Оказалось, что при охлаждении до гелиевой
температуры сопротивление уменьшалось, но по достижении этой температуры
оно принимало постоянное значение, совершенно не зависящее от данной
конкретной температуры. Результаты представлены на рис. [4.3], на котором
хорошо видно асимптотическое стремление сопротивления к постоянному
значению при 4,3 К". На этом рисунке показаны также прежние результаты,
полученные для двух образцов из золота, содержащего различные, но
известные доли примесей. Сравнение этих кривых привело Камерлинг-Оннеса к
мысли, что для идеально чистого металла сопротивление2 должно
1 По-видимому, это необходимо, чтобы предотвратить замерзание спирта
2 Сопротивление идеально чистого металла стремится к нулю при Т = О К.
Современная техника позволяет приблизиться к этому пределу, что дает
возможность получать металлы, сопротивление которых при охлаждении падает
в сотни тысяч раз. - Прим, ред.
61
исчезать при температуре выше точки кипения гелия, как это и показано на
рис. 4.3.
Следующим этапом было создание сосуда, называемого криостатом, куда можно
переливать жидкий гелий
Рис. 4.3. Сопротивление двух образцов из платины и двух - нз золота
(тонкие пунктирные линии для образцов из золота - экстраполяция) [Commun.
Phys Lab. Unw Leiden, № 119 (1911), лист III,
рис 3]
и в котором могли бы помещаться более крупные экспериментальные образцы и
устройство для перемешивания (последнее должно обеспечивать однородное
распределение температуры). Первые опыты по измерению сопротивления в
таком приборе были проведены с золотом и ртутью. Во втором случае
сопротивление при 3 К составляло менее 10~4 от его значения1 при 0°С,
тогда
1 Минимальная разность потенциалов, которую мог регистриро. вать
Камерлинг-Оннес, составляла 0,03 мкВ.
Рис 4 2. Модифицированная ожижительная установка для измерения
сопротивления.
Буквенные обозначения имеют тот же смысл, что и на рис. 4 1. Линии,
выходящие из у тановки направо, представляют собой соединения с
дополнительной установкой, исгользованной в другом эксперименте [Commun.
Phys. Lab. Univ. Leiden, № 119 (1911), лист I, рис. 1 (часть рисунка
удалена)].
63
как в первом случае измерения показали полное исчезновение сопротивления;
однако эти измерения, по-видимому, были неточными Поскольку, как
предполагалось, остаточные эффекты, по крайней мере частично, обязаны
своим появлением наличию примесей и поскольку ртуть значительно проще
поддавалась очистке, чем золото, то в дальнейшем внимание исследователя
сосредоточилось именно на ртути Последующие более точные эксперименты не
только подтвердили прежние выводы, но помогли, как писал Камерлинг-Оннес,
"показать, что истинное значение сопротивления много меньше того верхнего
предела, который можно было приписать ему на основе предыдущих
экспериментов".
Типичный образец ртути и его схематическое расположение в криостате
показаны на рис 4 4 "Семь стеклянных U-образных трубок сечением около
0,005 мм2 соединены верхними концами с перевернутыми Y-образ-ными
трубками, имеющими незапаянные верхние концы и частично заполненными
ртутью Это дает возможность ртути сжиматься или расширяться при
замерзании или плавлении, не разрывая стекла и не нарушая непрерывности
ртутной нити, проходящей через семь U-образных трубок К Y-образным
трубкам Ь\ и bs присоединены подводящие трубки Hgb Hg2 и Hg3, Hg4 (их
нижние концы обозначены Hgio, Hg2o, Hg3o, Hg4o), наполненные ртутью,
последняя, затвердевая, образует четыре твердых ртутных контакта. К
соединительному переходу присоединяется трубка Hgs (ее нижняя часть
