Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
порядка всего лишь несколько десятков атмосфер (но не сотен!). В этих
опытах использовался стеклянный сосуд, и затвердевание гелия
обнаруживалось визуально по остановке железной мешалки, перемещавшейся
под действием магнитного поля.
"На рис. [5.2] представлена кривая плавления, для которой характерна
важная особенность: при самых низких температурах кривая загибается так,
что идет почти параллельно оси температур Т ... Итак, если кривая
плавления не меняет резко своего наклона, то это подтверждает
предположение Камерлинг-Оннеса о том, что
81
гелий, находясь под давлением собственных насыщен ных паров, остается
жидким вплоть до температуры аб солютного нуля.
Рис. 5.2. Кривая плавления для гелия: зависимость давления (атм) от
температуры (К) [Соттип. Phys. Lab. Univ. Leiden, № 184b (1926), стр. 17,
рис. 2].
Упомянутое предположение исключает возможность сосуществования между
твердой фазой и газом 1... В этом состоит еще одна особенность,
отличающая гелий от всех остальных веществ".
1 Данное высказывание не точно. Фактически при температуре выше
критической (для гелия она равна 5,2 К) жидкая фаза не существует, и в
этой области сосуществуют твердая фаза и газ. Гелий отличается от других
веществ отсутствием тройной точки, где граничат жидкость, газ и твердая
фаза. - Прим. ред,
82
Другая особенность - это горизонтальный участок, выявляющийся на кривой
плавления. На основе положений термодинамики можно показать, что отсюда
вытекает равенство нулю скрытой теплоты плавления (по крайней мере при
абсолютном нуле). Следовательно, плавление в этом случае - это не
тепловой, а чисто механический процесс.
В 1927 г. Кеезом и М. Вольфке, измеряя диэлектрическую проницаемость
жидкого гелия, наблюдали внезапный скачок ее при температуре, почти
совпадающей с той, при которой Камерлинг-Оннес обнаружил максимум
плотности гелия. Они заметили, что данные экспериментов по измерению
плотности "могут быть столь же хорошо - если не лучше - интерпретированы
на основе допущения о скачке, а не гладкого максимума". Кроме того, при
этой же температуре необычным образом изменялись теплоемкость, теплота
испарения и поверхностное натяжение. Названные выше авторы предположили
поэтому, что "при этой температуре жидкий гелий переходит в другую фазу,
также жидкую". Они предложили термины: "жидкий гелий I" для модификации,
устойчивой при более высокой температуре, чем температура перехода, и
"жидкий гелий II" для модификации, устойчивой при более низкой
температуре. Аргументом в пользу своей гипотезы Кеезом и Вольфке считали
наблюдаемую теплоту перехода, о чем, казалось бы, свидетельствовал изгиб
на кривой зависимости температуры от времени в процессе нагрева жидкого
гелия.
Эта гипотеза в дальнейшем получила новое, хотя и не абсолютное
подтверждение в 1932 г., когда Кеезом и К. Клузиус произвели более
тщательные измерения теплоемкости жидкого гелия. Полученные ими
результаты, а также данные прежних измерений JT. И. Дана и Камерлинг-
Оннеса представлены на рис. 5.3. В соответствии с формой полученной
кривой, слегка напоминающей греческую букву Я, температуру'перехода стали
называть лямбда-точкой1. Особенно важен здесь тот факт что, хотя на
кривой есть разрыв при температуре 2,19 К, она не уходит в бесконечность,
и это противоречит
1 Этот термин ввели У. X. Кеезом и его дочь мисс А. П. Кеезом до
предложению П. Эренфеста.
83
предположению о наличии теплоты перехода. Кеезом и Клузиус проверили этот
факт: они подводили к калори* метру энергию импульсами и обнаружили, что
в каждом случае такой импульс неизменно приводит к повышению температуры
- возможно, малому, особенно в окрестное сти точки 2,19 К, но всегда
определенно отличному от
Рис. 5.3. Зависимость теплоемкости жидкого гелия (кал/г-К) от
температуры.
Представлены результаты, полученные Кеезомом и Клузиусом; квадратики-теп*
лоемкость при постоянном объеме, кружки-теплоемкость при постоянном
дйвле* нин насыщенных паров гелия. Крестиками отмечены результаты ранних
измерений теплоемкости при давлении насыщенных паров гелия, выполненных
Даном и Камерлинг-Оннесом [Соттип. Phys. Lab. Univ. Leiden, № 219e
(1932), стр. 51,
рис. 3].
нуля. Однако они заявляли: "Мы тем не менее можем называть наблюдаемый
эффект переходом из состояния II в состояние1 I. И хотя приведенные
данные точнее освещают характер перехода, следует считать, что его
внутренние причины по-прежнему совершенно скрыты от нас". Самое большое,
что смогли сделать эти авторы, - это указать на сходство между
наблюдаемым
1 "Переходы такого типа не рассматривались в то время как "настоящие"
фазовые переходы; поэтому они получили название фазовых переходов
"второго рода", тогда как переходы, сопровождающиеся выделевием или
поглощением тепла, были названы переходами "первого рода".
84
переходом и уже известными аналогичными переходами в точке Кюри,
происходящими в некоторых твердых телах и ферромагнитных веществах К
