Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
образуется пленка жидкого гелия, по которой жидкость может переноситься
через верхний край стенки, если только уровни жидкости по обе ее стороны
были различны. Это обстоятельство могло бы привести к пересмотру
результатов Капицы.
"Большинство резервуаров затем проверяли с помощью закрытых капилляров с
целью измерения действительного количества жидкости, перетекающего по
пленке. Оно составляло, как правило, менее 1%, хотя в случае самых тонких
стеклянных капилляров могло возрастать до 7-8%.
Во время эксперимента резервуар всегда был частично погружен в ванну с
гелием. Течение жидкости вызывалось подъемом или опусканием резервуара с
капилляром, что приводило к появлению разности уровней жидкости в
резервуаре и ванне. Скорость изменения обоих уровней измерялась при
помощи катетометра, снабженного окулярной шкалой отсчета;
регистрировались .моменты, когда уровень проходил через последовательные
деления шкалы...
При использовании длинных капилляров, чтобы разместить их в ванне с
жидким гелием, их сворачивали в горизонтальную спираль. Диаметр спирали
составлял обычно 4-5 см, т. е. примерно в 100 раз превышал диаметр
капилляра, так что последний можно было по-прежнему рассматривать как
прямой...
Постоянство давления паров и, следовательно, постоянство температуры
поддерживалось при помощи управляемого вручную игольчатого клапана и
дифференциального масляного манометра в линии откачки гелия. Оказалось
необходимым поддерживать постоянство температуры в процессе измерений на
уровне 10~3 К/мин, особенно когда измерения проводились вблизи Я-точки.
Максимальное гидростатическое давление в опытах с потоком гелия достигало
15 мм столба жидкого гелия, и увеличение катетометра было установлено
таким, чтобы соответствующий столб занимал все поле зрения окуляра,
93
...Во всех случаях строилась зависимость изменения уровня гелия в
резервуаре от времени. Наклон кривой в каждой точке мог быть затем
пересчитан в объемный расход жидкости в секунду или среднюю скорость о
движения жидкости по капилляру. В то же время разность между уровнями
жидкого гелия в резервуаре и ванне давала значения давления р,
соответствующего этой скорости. Для каждого графика составлялась таблица
скорость - давление, и на ее основе строилась кривая в логарифмическом
масштабе... Наклон этой кривой (т. е. производная dlog v/d\og р) равен
показателю степени, в которой р входит в соотношение между скоростью и
давлением Согласно классической теории, эта производная (и соответственно
показатель) равен единице для чисто ламинарного течения и '/г - для чисто
турбулентного течения".
В ходе экспериментов можно было изменять четыре параметра: длину
капилляра, его радиус, давление и температуру; результаты выражались
через две величины: скорость потока и наклон кривой зависимости скорость-
давление, представленной в логарифмическом масштабе. В более полном
варианте своей статьи авторы рассматривали многочисленные сочетания этих
величин. Однако основные черты данного явления были видны уже из
короткого сообщения, где рассматривались лишь две капиллярные трубки:
одна кругового сечения радиусом 0,05 см и длиной 130 см, а вторая
эллиптического сечения с полуосями 0,001 и 0,002 см и длиной 93,5 см.
"...Значения скорости течения жидкости по капилляру и соответствующая
разность давлений на концах капилляра приведены в логарифмическом
масштабе на рис. [5.7].
Очевидно следующее:
а. Скорость потока q меняется лишь незначительно при больших
изменениях перепадов давления р столба жидкости. Для меньшего капилляра
соотношение между ними выражается примерно как рсод(r), однако при
уменьшении скорости показатель, по-видимому, будет еще более высокий.
1 Имеется в виду значение п в формуле vmpn, связывающей скорость и
давление.
94
б. Скорость течения для данного перепада давлений и данной температуры
изменяется весьма незначительно при изменении поперечного сечения трубки
примерно в 103 раз...
Если принять с целью определения возможного верхнего предела вязкости г)
формулу для ламинарного течения 1 р со q, мы получаем значения г) =
4Л0~9ед,
сгс...
16
11
06
От
01
1'6 О 0,0 0,9 1,0 1,9 2,0 2,9
цр
Рис 5 7 Зависимость (в логарифмическом масштабе) скорости (см/с) от
давления (дина/см2) при течении жидкого гелия II в капиллярах [Nature,
141 (1938), стр. 75, рис без номера].
Однако наблюдаемый вид течения, при котором скорость почти не зависит от
давления, скорее всего вообще не может трактоваться ни как ламинарное, ни
как обычное турбулентное течение. Поэтому ни одна из известных формул на
основе наших результатов не может дать имеющее смысл значение вязкости".
В это же время в Лейдене Кеезом и стажер из США Дж. Е. Мак-Вуд измеряли
вязкость жидкого гелия классическим методом, наблюдая крутильные
колебания диска, погруженного в жидкость. Установка была сконструирована
так, чтобы можно было использовать как жидкий, так и газообразный гелий,
причем последний
