Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
1 Согласно классическому закону ламинарного течения, скорость также
должна быть пропорциональна площади поперечного сечения трубки.
95
\ АЛ/\л
Нагреватель
служил для калибровки. Особые меры предосторожности были приняты с целью
обеспечить действительно ламинарное течение жидкости или газа,
показателем которого служило строго линейное изменение логарифма
амплитуды колебаний со временем. Результаты оказались не совсем такими,
как ожидалось; например, вязкость возрастала с ростом температуры, что
противоречило поведению нормальных жидкостей. Однако значения вязкости
были весьма далеки от полученных в работах Капицы, а также Аллена и
Майзнера. Аллен посетил Лейден. Позднее он вспоминал о "своих спорах с
Мак-Вудом за столом в течение двух или трех дней... о том, как можно
согласовать между собой два полностью взаимоисключающих результата,
полученных при классическом измерении затухания амплитуды колебаний
диска, с одной стороны, и пуазейлев-ского течения сквозь длинный капилляр
- с другой. Разумеется, в конечном счете мы оба оказались правы, однако в
то время вопрос представлялся совершенно загадочным, и каждый из нас
втайне верил в правильность лишь своих результатов". Следующее открытие,
связанное с чрезвычайно эффектным явлением, было сделано Алленом и X.
Джонсом, о чем они сообщили четырьмя неделями позже в письме в Nature
(подробно это открытие обсуждалось в статье Аллена и Дж, Рики,
опубликованной в Ргосее-
Рис. 5.8. Схема прибора, с помощью которого Аллен и Джонс открыли эффект
изменения давления, связанный с переносом тепла в жидком гелии [Nature,
141 (1938), стр. 243, рис. 1].
96
rdings of the Cambridge Philosophical Society). Данное открытие было
сделано в ходе продолжавшихся работ Аллена, Пайерлса и Заки Уддина по
теплопроводности (см. выше).
"Было замечено, что теплопроводность как бы возрастала при уменьшении
отверстия капилляра. Далее было обнаружено, что при очень низких
температурах (1,08 К) малые потоки тепла вызывали подъем уровня жидкости
в закрытой колбе, присоединенной к нагреваемому концу капилляра, хотя он
должен был падать из-за возрастания давления паров; такое падение
наблюдалось только при больших потоках тепла. Затем прибор был изменен
так, чтобы верхняя часть колбы на горячем конце капилляра была открыта
для доступа паров, находящихся в равновесии с поверхностью жидкого гелия
в термостате (рис. [5.8]). Таким образом удалось устранить разность в
давлениях паров над жидкостью с обоих концов капилляра. Как и в
предыдущих случаях, нагрев осуществлялся с помощью электрической спирали,
помещенной внутри колбы. При нагревании уровень жидкости в колбе вновь
поднимался, причем подъем возрастал с увеличением потока тепла, а при
постоянном потоке тепла увеличивался с понижением температуры...
Еще более поразительное проявление этого эффекта наблюдалось одним из нас
(Дж. Ф. Аллен) совместно с А. Д. Майзнером. Опыты проводились с жидким
гелием II, текущим по трубке, заполненной мелким
Порошок
корунда
Рис. 5.9. Схема прибора для обнаружения фонтанирования [Nature, 141
(1938),
стр. 243, рис. 2].
97
порошком корунда (рис. [5.9]). Верхушка трубки могла быть на несколько
сантиметров выше уровня гелия в ванне; нижний конец трубки, заполненный
порошком, освещался электрическим карманным фонариком. Когда на порошок
попадал свет, наблюдался стационарный поток жидкого гелия, выходящий из
верхнего края трубки.
По существу, описанная установка представляет собой очень простой и
эффективный гелиевый насос. Высота струи увеличивается при уменьшении
температуры в гелиевой ванне и при размельчении частиц порошка.
Фотография насоса, работающего на жидком гелии, представлена на рис.
[5.10]. Поток поднимается примерно на 4 см над соплом, и его верхняя
часть ударяется в боковые стенки сосуда... Максимальная высота струи
достигала 16 см".
Очевидно, между потоками тепла и массы для гелия II существовала очень
тесная взаимосвязь. Природа этой связи должна была стать более явной в
результате исследования последнего, четвертого из "сверхсвойств" -
течения пленок.
В отличие от трех других особенностей сверхтекучего поведения гелия
течение пленок давно привлекало внимание исследователей *. Еще в 1922 г.
Камерлинг-Оннес заметил, что уровни жидкого гелия в двух концентрических
сосудах стремятся выровняться; он счел это связанным с "перегонкой". В
1936 г. Николас Курти, Б. В. Роллин и Ф. Симон сообщили в статье,
помещенной в журнале Physica и посвященной экспериментам по охлаждению с
помощью адиабатического размагничивания, о том, что "...в сосудах,
содержащих охлажденный ниже Х,-точки жиддий гелий и соединенных трубкой с
более нагретыми частями установки, был обнаружен аномально высокий приток
тепла. Это поведение, возможно, связано, с существованием слоя жидкой
пленки вдоль стенок трубки". Более подробно Роллин доложил о подобных
явлениях на Седьмом международном
1 Действительно, существовало, по крайней мере одно указание на аномально
