Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Однако Даунт и Мендельсон, обнаружив истинный перенос массы пленкой,
изучили этот вопрос более глубоко, о чем и сообщили во второй из своих
статей.
105
"Мы работали с установкой, аналогичной использованной в предшествующих
экспериментах, с мензуркой в виде небольшого сосуда Дьюара (рис. [5.16]).
Снаружи на этот сосуд было надето медное кольцо, которое могло
нагреваться при возбуждении индукционных токов. Сначала мензурку
заполняли жидким гелием лишь частично и затем вынимали ее из резервуара.
Вследствие переноса массы уровень жидкости в мензурке
Рис. 5.16. Установка Даунта и Мендельсона для определения
теплопроводности по поверхностной пленке [Proc. Roy. Soc., Ser. А170
(1939), стр. 441, рис. 1].
стабильно понижался и жидкость, собирающаяся на нижнем конце внешней
поверхности сосуда Дьюара, капала опять в резервуар. Далее, возбуждая ток
в кольце, охватывающем мензурку, к пленке подводили тепло. Очевидно, что
если пленка проводит тепло, то оно вновь перейдет в мензурку и приведет к
дополнительному испарению гелия в ней. Это означает, что во время нагрева
уровень жидкости в мензурке должен падать быстрее прежнего. Из рис.
[5.16] ясно видно, что при нагревании кольца (в период с 7-й по ,15-ю
минуты) не обнаруживалось никакого изменения скорости течения гелия. В
эксперименте, который иллюстрирует этот рисунок, подводилось достаточно
тепла, чтобы пленка полностью испарялась, и это было с полной
очевидностью установлено но исчезновению капель. В других опытах пленка
испарялась лишь частично. Количество
106
подведенного тепла контролировалось по изменению числа капель, падающих в
сосуд за одну минуту. Эти эксперименты проводились при различных
температурах, но результат был всегда одинаков. Более того, не имело
значения, находился уровень жидкости в мензурке выше или ниже кольца-
охватывающего мензурку.
Эти эксперименты показали, что через пленку не передается сколько-нибудь
значительного количества тепла от нагревателя к мензурке... Перенос тепла
в трубке, содержащий жидкий Hell, является, таким образом, динамическим
процессом.
Вопреки предположению Кикоина и Лазарева именно конвекция гелия
ответственна за перенос тепла, однако эта конвекция происходит в два
этапа. Перенос вдоль пленки переводит гелий в область более высокой
температуры, откуда он в виде пара возвращается обратно, так что весь
круговой процесс'аналогичен круговороту воды в океанских течениях и
атмосфере".
Все явление в целом было описано так:
"Если контейнер С (рис. [5.17]) заполнить жидким гелием II, то смежная с
ним поверхность S твердого тела покрывается пленкой гелия толщиной около
3,5-10_6 см. Эта пленка растекается по всей поверхности тела до тех пор,
пока она либо не выпадет в виде капель свободной жидкости где-то ниже
уровня жидкости в контейнере С, дибо не испарится. Скорость, с которой
жидкость уходит из контейнера С, остается постоянной независимо от того,
выпадает ли пленка в виде капель в А или испаряется в В. Поэтому
представляется, что по мере удаления тем или иным способом пленки с
поверхности 5 .последняя вновь быстро покрывается гелием из контейнера С.
Скорость, с которой происходит эта регенерация пленки (или скорость
переноса), в первом приближении зависит только от температуры. Это
означает, что гелий
в
Рис. 5.17. Схема, изображающая течение пленки [Proc. Roy. Soc., Ser. A170
(1939), стр. 446, рис. 5].
107
всегда попадает в любое место поверхности, из которого была удалена
пленка".
К этому времени были высказаны уже и некоторые теоретические соображения
Фриц Лондон предположил, что ниже лямбда-точки жидкий гелий состоит из
двух компонент: нормальной жидкости и совокупности атомов,
сконденсированных в одном энергетическом состоянии; последнее возможно
для таких частиц, как атомы гелия, подчиняющиеся статистике Бозе -
Эйнштейна. Немедленно вслед за письмами в Nature Даунта и Мендельсона, а
также Кикоина и Лазарева там было опубликовано письмо Ласло Тиссы,
который изучил ряд следствий, вытекающих из схемы Лондона. Тисса
установил, что затухание колебаний цилиндра или диска Обусловливается
только атомами нормальной жидкости, тогда как бозе-эйнштейновский
конденсат образует "сверхтекучую жидкость" с вязкостью, фактически равной
нулю. Такая схема устраняла (по крайней мере качественно) расхождение
между результатами Кеезома и Мак-Вуда *, с одной стороны, и Капицы, а
также Аллена и Майзнера- с другой. Кроме того, Тисса показал, что
двухжидкостная гипотеза привела бы, во-первых, к возникновению в
капилляре градиента температур, связанного с движением по капилляру
жидкого гелия II, а во-вторых, к обратному эффекту, т. е. фонтанированию.
В другом письме, направленном в Nature в 1938 г., Даунт и Мендельсон
сообщили о своих дальнейших работах по изучению переноса жидкого гелия по
пленкам, где эти идеи Тиссы нашли частичное подтверждение.
"а. Небольшой сосуд Дьюара (рис. [5.18]), содержащий нагреватель,
