Хвольсон Орест Данилович
Успехи физики

Lib.ru/Классика: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Скачать FB2

 Ваша оценка:

   

НАУЧНЫЙ ОБЗОРЪ.

Успѣхи физики.

Профессора О. Д. Хвольсона.

I. Физика низкихъ температуръ.

   Съ особымъ удовольствіемъ я принялъ предложеніе редакціи журнала "Міръ Божій" отъ времени до времени бесѣдовать съ его многочисленными читателями о новѣйшихъ успѣхахъ физики. Хорошо сознаю трудности задачи, которую взялъ на себя. Знакомство съ физикою у насъ мало распространено. Образованная публика, интересующаяся научными открытіями, готова съ восторгомъ привѣтствовать всякую новую побѣду человѣческаго генія; она жаждетъ уразумѣть смыслъ и значеніе всякаго шага на безконечномъ пути, ведущемъ къ познанію природы, къ порабощенію ея темныхъ силъ, къ завѣтной, недостижимой послѣдней цѣли всѣхъ наукъ -- къ познанію самого себя, къ уразумѣнію сущности нашего бытія, истиннаго отношенія нашего міра внутренняго къ міру внѣшнему. Но та же публика болѣе знакома съ основами какой угодно другой науки, чѣмъ съ основами физики, которую она считаетъ состоящею изъ какихъ-то премуд ростей, темныхъ, спутанныхъ и мало понятныхъ. Здѣсь не мѣсто разбирать причины этого страннаго и даже грустнаго явленія, но съ нимъ по необходимости приходится считаться, какъ съ фактомъ. А между тѣмъ вѣдь оказывается, что незнакомство съ физикою лишаетъ возможности правильно понимать многое, и даже очень многое, относящееся къ областямъ, повидимому, совершенно другихъ наукъ, выросшихъ, однако, на почвѣ физики, опирающихся на нее, или обильно черпающихъ изъ ея богатаго научнаго матеріала. Физика -- наука о неорганизованной матеріи и о происходящихъ въ ней явленіяхъ -- есть источникъ цѣлаго ряда наукъ, отдѣлившихся отъ нея и разросшихся въ самостоятельныя отрасли знанія. Изъ нея вышли или на нее опираются химія и астрономія, метеорологія и физическая географія, минералогія и геологія и, въ особенности, техника въ широкомъ смыслѣ слова, обнимающая почти все, на чемъ основана современная культура, чѣмъ гордится нашъ вѣкъ. Безъ физики немыслимы строительная механика и паровая техника, фотографія и электротехника съ ея многочисленными отдѣлами: телеграфіей, телефоніей, электрическимъ освѣщеніемъ, передачей работы, гальванопластикой и т. д. Изъ сокровищницы физики черпаютъ и біологическія науки, прежде всего физіологія, какъ животныхъ, такъ и растеній. Представители этихъ наукъ, какъ это ни странно, до сихъ поръ даже не могутъ столковаться и рѣшить основного вопроса: исчерпываютъ ли физика и химія совокупность тѣхъ явленій, которыя подлежатъ ихъ вѣдѣнію, или въ этихъ явленіяхъ еще играетъ роль таинственное, закулисное нѣчто, являющееся признакомъ и условіемъ жизни? Безъ физики немыслима и раціональная медицина будущаго, а въ настоящемъ такіе ея отдѣлы, какъ офталмологія и электротеранія.
   Культурный человѣкъ, такимъ образомъ, на каждомъ шагу долженъ былъ бы видѣть "слѣды физики". Онъ ѣдетъ на пароходахъ и по желѣзнымъ дорогамъ; онъ телеграфируетъ и телефонируетъ; онъ пользуется электрическимъ освѣщеніемъ и, нерѣдко, электрической передачей работы; онълѣчится электричествомъ, и отдаетъ разные предметы для гальваническаго серебренія, золоченія или никкелированія; онъ пользуется электрическими звонками и электрическими трамвеями; онъ фотографируется и даже самъ фотографируетъ; онъ посматриваетъ на барометръ и на термометръ и т. д. и т. д. Физику-то ужъ, кажется, слѣдовало бы ему знать! И онъ будетъ ее знать -- со временемъ. Не отцы, такъ дѣти, а если не дѣти, такъ ужъ навѣрное внуки.
   Итакъ, я съ удовольствіемъ берусь бесѣдовать объ успѣхахъ физики. Но эти успѣхи лишь въ самыхъ рѣдкихъ, исключительныхъ случаевъ представляютъ изъ себя нѣчто абсолютно новое, понятное и тому, кто мало знакомъ съ физикою. Эти успѣхи почти всегда являются дальнѣйшимъ развитіемъ того, что уже сдѣлалось достояніемъ науки и для правильнаго уразумѣнія ихъ истиннаго смысла и ихъ научнаго значенія необходимо основательно знать и правильно понимать (что не одно и то же!) многое предыдущее. Вслѣдствіе этого придется, разсказывая о новомъ, иногда вкратцѣ напоминать старое и даже элементарное. Эта будетъ скучно для нѣкоторыхъ, но необходимо и полезно для многихъ.
   Необозримо велико число экспериментальныхъ и теоретическихъ работъ по физикѣ, обогатившихъ эту науку новыми вкладами въ теченіе послѣднихъ двухъ или трехъ лѣтъ. Однако, не такъ уже велико число работъ, результаты которыхъ дѣйствительно могутъ заинтересовать всѣхъ и каждаго. Эти послѣднія могутъ быть соединены въ группы, а разсмотрѣніе каждой изъ такихъ группъ можетъ быть предметомъ особой статьи. Укажу въ видѣ примѣра хотя бы на слѣдующія темы, касающіяся болѣе или менѣе новыхъ успѣховъ физики, могущихъ, какъ мнѣ кажется, представить общій интересъ:
   1. Физика низкихъ температуръ (достиженіе температуры въ 260о ниже нуля; явленія, обнаруживающіяся при такихъ температурахъ).
   2. Вліяніе магнетизма на свѣтъ (отчасти старое, отчасти новое, а именно открытіе Zeeman'а).
   3. Спектральное опредѣленіе скорости свѣтилъ.
   4. Вліяніе свѣта на электричество (опыты Elster'а и Geitel'а и др.).
   5. Свойства электрическихъ лучей Герца.
   6. Цвѣтовое приноравливанье (мысли Wiener'а) и т. д. Этихъ темъ хватитъ надолго. Кромѣ того, я надѣюсь отъ времени до времени сообщать и болѣе мелкія новости, не развивая ихъ подробно и имѣя въ виду читателей, болѣе знакомыхъ съ физикою.
   На первый разъ мы возьмемъ темою нашей бесѣды физику низкихъ температуръ. Мы разсмотримъ, какого ужаснаго холода удалось достигнуть, какими способами это было сдѣлано и, наконецъ, какія явленія обнаруживаются при различныхъ весьма низкихъ температурахъ.
   Температура даннаго тѣла зависитъ отъ количества теплоты, которое въ немъ содержится. А что такое теплота? Современная физика, какъ извѣстно, предполагаетъ, что мельчайшія частицы, изъ которыхъ состоятъ тѣла, находятся въ состояніи непрерывнаго, весьма быстраго движенія. Въ тѣлахъ твердыхъ частицы быстро колеблются около своихъ среднихъ положеній, отъ которыхъ они не удаляются. Въ жидкостяхъ частицы уже болѣе свободны; къ быстрому колебательному движенію присоединяется медленное измѣненіе среднихъ положеній, такъ что внутри жидкости, на видъ совершенно спокойной, происходить непрерывное внутреннее перемѣщеніе частицъ, нѣчто вродѣ медленнаго внутренняго перемѣшиванія. Наконецъ, въ газообразныхъ тѣлахъ частицы вполнѣ или почти вполнѣ свободны; каждая частица летитъ прямолинейно, пока не столкнется съ другою частицею или пока не ударится о поверхность какого-либо тѣла или объ стѣнку сосуда, въ которомъ газъ находится. Если газъ не очень сильно разрѣженъ, то столкновенія частицъ между собою происходятъ столь часто, что направленіе движенія каждой отдѣльной частицы мѣняется много милліоновъ разъ въ теченіе каждой секунды. Запасъ теплоты, содержащейся въ тѣлѣ, зависитъ отъ быстроты движенія частицъ. Чѣмъ больше скорость этого движенія, тѣмъ выше температура; чѣмъ она меньше, тѣмъ температура ниже. Основываясь на нѣкоторыхъ соображеніяхъ, которыя мы развивать не станемъ, ученые пришли къ мысли о существованіи такой, наиболѣе низкой температуры, при которой всякія движенія частицъ совершенно прекращаются; эту температуру называютъ абсолютнымъ нулемъ и по нѣкоторымъ причинамъ полагаютъ, что она находится при --273о, т. е. на 273 градуса ниже нашего обыкновеннаго нуля, принимаемаго, какъ извѣстно, при температурѣ таянія льда. Число 273 относится къ шкалѣ Цельсія, которою мы въ этой статьѣ только и будемъ пользоваться. Если взять четыре пятыхъ числа градусовъ по шкалѣ Цельсія, то получается соотвѣтствующая температура по шкалѣ Реомюра, которою въ Россіи обыкновенно пользуются, такъ что абсолютный нуль находится при --218о по Реомюру.
   Всѣ свойства твердаго, жидкаго и газообразнаго вещества мѣняются съ измѣненіемъ температуры, а потому и всѣ наблюдаемыя нами явленія зависятъ отъ температуры. Одинъ знаменитый химикъ сказалъ, что всякая температура имѣетъ свою химію; онъ хотѣлъ этимъ выразить, что всевозможныя химическія явленія совершенно мѣняютъ свой характеръ, если мѣняется температура. То же самое можно сказать и про физику. Поэтому представляется въ высшей степени важнымъ прослѣдить ходъ и характеръ физическихъ явленій въ возможно широкихъ температурныхъ предѣлахъ и въ этомъ отношеніи удалось за послѣдніе годы чрезвычайно расширить предѣлы достижимыхъ температуръ, т. е. подняться вверхъ до весьма высокихъ и опуститься до весьма низкихъ температуръ. Въ первомъ направленіи шли работы французскаго ученаго Moissan'а, устроившаго электрическую печь, въ которой подъ вліяніемъ сильныхъ электрическихъ токовъ достигается накаливанье тѣлъ до страшныхъ температуръ. Но не менѣе, если не болѣе интересны результаты работъ различныхъ ученыхъ, стремившихся достичь возможно низкихъ температуръ. Достаточно сказать, что удалось, какъ мы увидимъ ниже, дойти до температуры, приблизительно равной --260о, уже весьма недалекой отъ предполагаемаго абсолютнаго нуля.
   Прежде всего разсмотримъ, какіе существуютъ способы полученія холода, т. е. пониженія температуры вещества, которое, допустимъ, заключено въ какой-нибудь сосудъ. Оказывается, что такихъ способовъ существуетъ три, хотя, впрочемъ, всѣ эти способы основаны на одной и той же основной идеѣ. Эти способы суть: плавленіе или раствореніе твердыхъ тѣлъ, испареніе жидкостей и, наконецъ, расширеніе газовъ. Чтобы понять значеніе этихъ трехъ способовъ и общность того принципа, на которомъ они основаны, слѣдуетъ вспомнить, что теплота можетъ быть затрачена на производство работы, причемъ сама теплота какъ бы безслѣдно исчезаетъ. Такъ, напр., исчезаетъ часть теплоты водяныхъ паровъ, когда они въ цилиндрѣ паровой машины, расширяясь, толкаютъ поршень и при этомъ вертятъ колеса или винты пароходовъ, двигаютъ поѣзда или приводятъ въ движеніе разнообразныя машины на фабрикахъ и заводахъ. Пары, производя работу, охлаждаются; движеніе парохода, поѣзда или разныхъ машинъ возникаетъ какъ бы на счетъ движенія частицъ пара. Это движеніе частью расходуется, т. е. дѣлается болѣе медленнымъ, а это, какъ мы видѣли, и означаетъ, что температура пара понижается. Итакъ, если мы заставимъ тѣло производить работу безъ того, чтобы теплота, необходимая для производства этой работы, притекала извнѣ, то тѣло принуждено тратить часть собственнаго запаса теплоты, оно должно охлаждаться. Вспомнимъ, что работа можетъ быть двухъ родовъ: внѣшняя и внутренняя. Когда паръ или газъ, расширяясь, заставляетъ двигаться какія-нибудь тѣла, напр., поршень въ цилиндрѣ паровой машины или когда онъ преодолѣваетъ давленіе окружающаго воздуха, то онъ производитъ внѣшнюю работу. Но когда внутри тѣла происходитъ перемѣщеніе частицъ, иная ихъ группировка или измѣненіе ихъ взаимнаго разстоянія, то при этомъ совершается внутренняя работа, необходимая, чтобы преодолѣть тѣ мало разгаданныя "силы сцѣпленія", которыя дѣйствуютъ между частицами вещества, въ особенности твердаго и жидкаго. Когда тѣло нагрѣвается, то часть притекающей къ нему теплоты всегда расходуется на внутреннюю работу, ибо съ измѣненіемъ температуры, вообще говоря, мѣняется и внутренняя структура вещества. Внутренняя работа особенно велика, когда вещество переходитъ изъ твердаго состоянія въ жидкое, т. е. когда оно плавится или растворяется, и когда оно переходитъ изъ жидкаго состоянія въ парообразное, т. е. когда оно испаряется. Плавленіе'и испареніе потому-то и происходятъ медленно, что эти переходы сопровождаются сравнительно огромною внутреннею работою, на производство которой расходуется большое количество теплоты, не вызывающей повышенія температуры тѣла. Это и есть такъ-называемая скрытая теплота плавленія и испаренія. Если мы заставимъ твердое тѣло перейти въ жидкое состояніе, напр., растворяя его, несли притомъ снаружи къ тѣлу не притечетъ теплота, то внутренняя работа будетъ произведена за счетъ запаса теплоты растворяемаго тѣла и растворителя, каковымъ обыкновенно служить вода; раствореніе вообще должно сопровождаться охлажденіемъ. Если такое охлажденіе не всегда наблюдается, то это объясняется тѣмъ, что при раствореніи нерѣдко происходятъ химическія явленія, которыя сопровождаются выдѣленіемъ теплоты. Такимъ образомъ выясненъ первый изъ указанныхъ выше трехъ способовъ вызывать пониженіе температуры. Второй способъ мы получаемъ, если заставимъ жидкость быстро испаряться при отсутствіи притока къ ней теплоты извнѣ. Весьма большая внутренняя работа разъединенія частицъ жидкости совершается въ этомъ случаѣ за счетъ теплоты самой жидкости, которая, быстро испаряясь, должна сильно охлаждаться. Чтобы заставить жидкость быстро испаряться, слѣдуетъ при помощи воздушнаго насоса сперва разрѣдить воздухъ, находящійся въ данномъ сосудѣ надъ жидкостью, и затѣмъ продолжать при помощи того же насоса выкачивать пары, непрерывно поднимающіеся изъ жидкости. Всѣмъ извѣстно, что подъ колоколомъ воздушнаго насоса не трудно охладить воду до того, что она замерзнетъ.
   Третій способъ искусственно вызвать охлажденіе заключается въ томъ, что заставляютъ по возможности сильно сжатый газъ быстро расширяться, причемъ онъ производитъ внѣшнюю работу и, какъ уже было сказано, охлаждается. Для этого удобнѣе всего сперва сжать газъ въ крѣпкомъ сосудѣ, который снабженъ краномъ: если затѣмъ открыть кранъ, то газъ черезъ него начнетъ быстро выходить, причемъ остающійся въ сосудѣ газъ сильно охладится. Такимъ образомъ мы выяснили три способа искусственнаго охлажденія тѣлъ, и мы видимъ, что общая ихъ основа заключается въ томъ, что мы заставляемъ тѣло производить внутреннюю или внѣшнюю работу при отсутствіи притока тепла извнѣ, вслѣдствіе чего часть теплоты тѣла тратится на производство работы и само тѣло охлаждается.
   Приведемъ нѣсколько численныхъ примѣровъ, показывающихъ, какъ велико можетъ быть охлажденіе при раствореніи твердыхъ тѣлъ и при внезапномъ расширеніи газовъ. Если къ 100 вѣсовымъ частямъ воды прибавить 30 частей нашатыря, то температура воды понижается на 18о, т. е., напр., отъ +14о до --4о. Подобнымъ же образомъ 75 частей селитры тоже даютъ охлажденіе на 18о; 140 частей іодистаго калія -- на 22о; 250 частей хлористаго кальція -- на 23о и, наконецъ, 150 частей роданистаго калія, растворяясь въ 100 частяхъ воды, понижаютъ температуру на 34о, т. е., напр., отъ +10о до --24о. Если смѣшать 33 части поваренной соли съ 100 частями снѣга, то соль и снѣгъ отчасти плавятся, образуя растворъ соли въ водѣ. При этомъ смѣсь можетъ охладиться отъ 0о до --21о. Если смѣшать почти равныя количества снѣга и алкоголя, то температура послѣдняго понижается, напр., отъ +4о до --30о. Смѣсь нѣсколько разбавленной сѣрной кислоты (66,2 процентной) со снѣгомъ при 0о можетъ дать пониженіе температуры до --37о. Наконецъ, укажемъ на замѣчательный примѣръ: если 100 частей хлористаго кальція смѣшать съ 70 частями снѣга, то температура послѣдняго понижается отъ 0о до --55о. Изъ этихъ примѣровъ видно, что переходъ тѣлъ изъ твердаго состоянія въ жидкое можетъ служить источникомъ весьма низкихъ -- въ обыденномъ смыслѣ слова -- температуръ. Еще несравненно болѣе низкія температуры достигаются при мгновенномъ расширеніи сжатаго газа. Предположимъ, что нѣкоторое вѣсовое количество какого-нибудь газа занимаетъ опредѣленный объемъ, и что температура газа 20о. Если газъ внезапно расширится на столько, что объемъ его удвоится, то температура понизится до --53о; если объемъ увеличится въ пять разъ, то охлажденіе дойдетъ до --119о, а если объемъ увеличится въ десять разъ, то температура газа понизится до --157о. Эти числа, впрочемъ, лишь приблизительно вѣрны; для различныхъ газовъ должны на дѣлѣ получиться не вполнѣ одинаковыя охлажденія. Указанныя охлажденія, вообще говоря достигаются только въ моментъ весьма быстраго расширенія газа, который тотчасъ же опять нагрѣвается окружающими его тѣлами, такъ что окончательно получается сравнительно небольшое пониженіе температуры расширяющагося газа. Мы увидимъ однако ниже, что при помощи повторнаго расширенія удалось охладить, напр., воздухъ до превращенія его въ жидкое состояніе.
   Въ настоящее время производятъ изслѣдованіе при очень низкихъ температурахъ, пользуясь ожижженными газами, а потоку мы прежде всего вкратцѣ разсмотримъ вопросъ о превращеніи газовъ въ жидкое состояніе. Когда жидкость, напр., вода, спиртъ, эфиръ, испаряется, то она превращается въ газообразное тѣло, называемое паромъ. Оказывается, что пары, особенно если они находятся далеко отъ насыщенія (при которомъ всякое охлажденіе вызвало бы переходъ части пара въ жидкое состояніе), по своимъ свойствамъ вовсе не отличаются отъ свойствъ обыкновенныхъ газовъ, каковы кислородъ и азотъ (смѣсь которыхъ составляетъ воздухъ), водородъ (одна изъ составныхъ частей воды) и другіе газы. Поэтому естественно явилась мысль, что и тѣ тѣла, которыя мы привыкли называть газами, суть не что иное, какъ пары нѣкоторыхъ жидкостей, которыя, однако, подъ обыкновеннымъ атмосфернымъ давленіемъ кипятъ при чрезвычайно низкой температурѣ. Подвергая газы охлажденію и вдавливанію, можно было надѣяться привести ихъ въ жидкое состояніе. И дѣйствительно, нѣкоторые газы весьма легко превратить въ жидкости. Сюда относится сѣрнистый газъ, образующійся при горѣніи сѣры, напр., при зажиганіи сѣрныхъ спичекъ, и обладающій ѣдкимъ, удушливымъ запахомъ. Достаточно охладить этотъ газъ, вовсе не сжимая его, т. е. оставляя его при обыкновенномъ атмосферномъ давленіи, до -- 10о, и онъ уже превращается въ жидкость. Этого достигли впервые Monge и Clouet, охлаждая сѣрнистый газъ въ трубкѣ, окруженной смѣсью снѣга и поваренной соли. При обыкновенной комнатной температурѣ этотъ газъ превращается въ жидкость, если его подвергнуть давленію около трехъ атмосферъ. Даже при температурѣ въ 150о онъ дѣлается жидкимъ, если его весьма сильно сжать (до 71 атмосферы). Весьма легко превращается въ жидкое состояніе и амміакъ, растворъ котораго въ водѣ извѣстенъ подъ названіемъ нашатырнаго спирта. Первый Van Магши сгустилъ этотъ газъ, подвергая его при обыкновенной температурѣ давленію въ шесть атмосферъ; позже Gnyton de Morvean вызвалъ ожижженіе амміака, охлаждая его при атмосферномъ давленіи. При достаточно сильномъ давленіи амміакъ дѣлается жидкимъ даже при температурѣ въ 125о. Сѣрнистый газъ и амміакъ были превращены въ жидкости еще до Фарадея, первая, классическая работа котораго появилась въ 1823 г.; вторую работу, посвященную вопросу объ ожижженіи газовъ, онъ опубликовалъ въ 1845 г. Не вдаваясь въ описаніе способовъ, которыми пользовался Фарадей, ограничиваемся указаніемъ на то, что ему удалось сгустить, кромѣ сѣрнистаго газа и амміака, еще сѣроводородъ (газъ, образующійся при гніеніи органическихъ веществъ, имѣетъ характерный запахъ испорченныхъ яицъ), закись азота, ціанъ (входитъ въ составъ синильной кислоты), хлоръ, углекислый газъ (образующійся при полномъ горѣніи угля и содержащійся въ шипучихъ напиткахъ), этиленъ (или маслородный газъ, входитъ въ составъ свѣтильнаго газа, служащаго для освѣщенія) и еще цѣлый рядъ другихъ, не столь общеизвѣстныхъ газовъ. Заставляя полученныя жидкости быстро испаряться подъ колоколомъ воздушнаго насоса, Фарадей многія изъ нихъ даже перевелъ въ твердое состояніе. Онъ нашелъ, что углекисклый газъ затвердѣваетъ при --58о, амміакъ при --75о, сѣрнистый газъ при --76о, сѣроводородъ при --86о, закись азота при --105о. Knietsch нашелъ, что при -- 102о жидкій хлоръ дѣлается твердымъ. Смѣсь твердой углекислоты, похожей на снѣгъ, съ эфиромъ или съ хлороформомъ, имѣетъ температуру въ --77о. Подъ колоколомъ воздушнаго насоса эта смѣсь охлаждается примѣрно до --110о; это наиболѣе низкая температура, до которой дошелъ Фарадей. Villard и Jarry, изучая свойства твердой углекислоты, нашли (1895), что ея температура можетъ бытъ понижена до --125о, если, по возможности, уменьшить внѣшнее на нее давленіе. Любопытно, что объемъ жидкой углекислоты, примѣрно, въ 4 раза быстрѣе мѣняется съ измѣненіемъ температуры, чѣмъ объемъ газовъ. Вслѣдствіе этого плотность жидкой углекислоты быстро мѣняется съ температурою: при -- 34о она равна 1,06, при 0о плотность 0,91, наконецъ, при 30о она равна 0,6.
   Послѣ всѣхъ упомянутыхъ опытовъ осталось 6 газовъ, которые не удалось превратить въ жидкое состояніе и которые поэтому долгое время назывались постоянными. Эти газы суть: кислородъ, азотъ, водородъ, метанъ или болотный газъ (образуется на днѣ болотъ и озеръ и входитъ въ составъ свѣтильнаго газа), окись азота и, наконецъ, окись углерода (ядовитый гавъ, образующійся при неполномъ горѣніи угля, представляетъ причину такъ называемаго угара). Нѣмецкій ученый Netterer подвергалъ нѣкоторые изъ этихъ газовъ огромнымъ давленіямъ, причемъ ему, однако, не удалось превратить ихъ въ жидкое состояніе. Въ настоящее время причина этой неудачи вполнѣ выяснена. Чтобы ее понять, мы должны обратиться къ разъясненію того, что называется критическою температурою. Оказывается, что для каждаго вещества существуетъ опредѣленная температура, выше которой это вещество можетъ существовать только въ газообразномъ состояніи. Эта температура и называется критическою для даннаго вещества. Если температура вещества выше критической, то оно не превращается изъ газообразнаго состоянія въ жидкое, какимъ бы громаднымъ давленіямъ мы его не подвергали. Укажемъ на критическія температуры нѣкоторыхъ веществъ. Для сѣрнистаго газа она равняется 156о, съ чѣмъ согласенъ вышеуказанный фактъ, что даже при 150о этотъ газъ можетъ быть превращенъ въ жидкое состояніе. Критическая температура амміака 130о, эфира 195о, алкоголя 235о, воды 365о, хлора 140о. Послѣднее число показываетъ, напр., что при температурѣ 141о хлоръ ни при какомъ давленіи не переходить въ жидкое состояніе. Примѣры болѣе низкихъ критическихъ температуръ суть слѣдующіе: критическая температура хлористо-водороднаго газа, растворъ котораго въ водѣ называется соляной кислотой, находится при 51о. Далѣе, имѣемъ, напр., такія критическія температуры: для закиси азота 36о, для углекислаго газа 31о, для этилена 10о и т. д. Мы видимъ изъ послѣднихъ чиселъ, что углекислый газъ можетъ быть превращенъ въ жидкость только при температурѣ ниже 31о. Существованіе критической температуры для каждаго вещества вполнѣ выясняетъ, почему долгое время не удавалось превратить въ жидкое состояніе упомянутые выше шесть постоянныхъ газовъ, критическія температуры которыхъ нынѣ намъ извѣстны. Оказывается, что критическая температура кислорода находится при --118о, азота при --146о, метана при --95о, окиси азота при --93о, окиси углерода при --140о и, наконецъ, критическая температура водорода, вѣроятно, около --234о. Опыты Natterer'а и другихъ, очевидно, производились при температурахъ, которыя были выше критическихъ температуръ соотвѣтствующихъ веществъ, а потому понятно, что газы, не смотря на огромныя давленія, которымъ ихъ подвергали, не переходили въ жидкое состояніе. Теперь ясно, что для превращенія одного азъ этихъ газовъ въ жидкость необходимо или охладить его ниже только что указанной критической температуры и затѣмъ подвергать надлежащему сжатію, что, во всякомъ случаѣ, сдѣлать не легко, или же, охладивъ и сгустивъ его елико возможно, подвергнуть внезапному расширенію. При такомъ расширеніи происходитъ, какъ мы видѣли, сильное охлажденіе, вслѣдствіе чего температура расширяющагося газа можетъ понизиться на столько, что часть его перейдетъ въ жидкое и даже въ твердое состояніе.
   Новая эра въ исторіи вопроса о превращеніи газовъ въ жидкости началась въ концѣ 1877 г., когда были опубликованы почти одновременно работы Cailletet и Pictet. Обѣ работы были доложены парижской академіи наукъ въ одинъ и тотъ же день, а именно 24 декабря 1877 г. Cailletet сжималъ газъ въ трубкѣ, окруженной охладительною смѣсью; между прочимъ, онъ подвергалъ окись углерода и кислородъ давленію въ 300 атмосферъ, при температурѣ --30о, которая, какъ мы видимъ, значительно выше критической температуры этихъ газовъ; понятно, что газы не сгущались въ жидкость. Но когда Cailletet внезапно уничтожалъ давленіе, подъ которымъ газы находились, давая имъ, такимъ образомъ, возможность свободно расшириться, то въ трубкѣ образовывался туманъ и даже замѣчались струйки жидкости на внутренней стѣнкѣ самой трубки. Какъ туманъ, такъ и эти струйки исчезали весьма быстро. Дальнѣйшіе опыты Cailletet дали ему возможность наблюдать подобные же туманы при опытахъ съ воздухомъ, азотомъ и съ водородомъ. Такимъ образомъ, не подлежитъ сомнѣнію, что Cailletet удалось обнаружить переходъ названныхъ выше газовъ въ жидкое состояніе. Въ 1882 г. Cailletet окружилъ трубку, содержащую изслѣдуемый газъ, жидкимъ этиленомъ, температура котораго около --102о; при такомъ предварительномъ охлажденіи переходъ кислорода въ жидкое состояніе при его расширеніи сдѣлался уже весьма хорошо замѣтнымъ. При помощи метода Cailletet удалось впослѣдствіи превратить въ жидкое состояніе смѣсь кислорода и озона, причемъ озонъ образовалъ жидкую каплю синяго цвѣта.
   Pictet пользовался гораздо болѣе сложнымъ методомъ и несомнѣнно, что ему съ самаго начала удалось идти дальше, чѣмъ Cailletet. Мы не станемъ подробно описывать довольно сложнаго прибора Pictet и ограничимся указаніемъ на главныя его части. Pictet подвергалъ испытуемый газъ давленію до нѣсколькихъ сотъ атмосферъ внутри трубки, окруженной жидкою углекислотою, которая при помощи воздушнаго насоса подвергалася весьма быстрому испаренію. При этомъ температура жидкой углекислоты опускается до --130о. Впослѣдствіи Pictet замѣнилъ углекислый газъ закисью азота, которая, находясь въ жидкомъ состояніи и быстро испаряясь подъ дѣйствіемъ воздушнаго насоса, охлаждаетъ трубку съ испытуемымъ газомъ до --140о. Открывая кранъ, находящійся на одномъ концѣ трубки, Pictet выпускалъ газъ сильно сгущенный и уже охлажденный до --130о или --140о. При этомъ часть газа превращалась въ жидкое состояніе, такъ что Pictet могъ, напр., наблюдать струю жидкаго кислорода, выходившаго изъ трубки, когда въ ней предварительно былъ сгущенъ кислородъ. Понятно, что эта жидкая струя весьма быстро исчезала, превращаясь въ газообразное состояніе. Pictet утверждаетъ, что онъ видѣлъ также синеватую струю жидкаго водорода, производившую даже при ударѣ объ полъ звукъ, напоминавшій удары металлическихъ предметовъ. Однако, въ настоящее время нельзя сомнѣваться въ томъ, что Pictet не могъ получить въ своихъ опытахъ жидкаго водорода. Впослѣдствіи Pictet устроилъ въ Берлинѣ "лабораторію низкихъ температуръ", въ которой сгущеніе газовъ производится въ широкихъ размѣрахъ. Подобную же лабораторію устроилъ Kamerlingb Оппез въ Лейденѣ.
   Въ 1883 г. появилась первая работа Вроблевскаго и Ольшевскаго, которые затѣмъ продолжали работать независимо другъ отъ друга. Вроблевскій скончался въ 1886 г. отъ ожоговъ, причиненныхъ упавшею на него керосиновою лампою. Методъ, которымъ пользовался Вроблевскій. представляетъ видоизмѣненіе метода Cailletet. Охладителемъ здѣсь служилъ жидкій этиленъ, испарявшійся при низкомъ давленіи, т. е. подъ дѣйствіемъ воздушнаго насоса. Температура этилена понижалась до -- 152о, когда давленіе было понижено до 10 мм. ртутнаго столба (обыкновенное атмосферное давленіе равняется давленію 760 мм. ртутнаго столба). Кислородъ въ приборѣ Вроблевскаго легко сгущался въ жидкость при температурѣ около -- 130о и давленія въ 20 атмосферъ. Это понятно, если вспомнить, что критическая температура кислорода находится при -- 118о. Жидкій кислородъ представляетъ легкоподвижную слабо синеватую жидкость, плотность которой при -- 130о и давленіи 27 атмосферъ, около 0,9, т. е. немногимъ меньше плотности воды. Азотъ, воздухъ и окись углерода не сгущались въ приборѣ Вроблевскаго. Тогда этотъ ученый пошелъ еще дальше, воспользовавшись для охлажденія трубки, содержащей сжатый испытуемый газъ, жидкимъ кислородомъ, полученнымъ въ другомъ приборѣ. Заставляя жидкій кислородъ быстро испаряться подъ давленіемъ въ 20 мм. ртутнаго столба, онъ понизилъ его температуру до --200о. Интересно, что при этой температурѣ жидкій кислородъ не затвердѣваетъ. Пользуясь кипящимъ кислородомъ, какъ охладителемъ, Вроблевскому удалось, наконецъ, превратить въ жидкое состояніе азотъ и окись углерода, критическая температура которыхъ --146о и --141о. Если заставить жидкій азотъ быстро испаряться подъ давленіемъ въ 60 мм., то онъ охлаждается до -- 204о и при этой температурѣ затвердѣваетъ. Такимъ образомъ впервые удалось одну изъ двухъ главныхъ составныхъ частей воздуха превратить въ твердое состояніе. Подобнымъ же образомъ и жидкая окись углерода, испаряясь подъ давленіемъ въ 90 мм. ртутнаго столба, охлаждается до --199о и при этомъ затвердѣваетъ. Критическая температура воздуха оказалась равною --142о. Когда жидкій воздухъ кипитъ подъ атмосфернымъ давленіемъ, то его температура понижается до --198о, при чемъ азотъ выдѣляется быстрѣе, чѣмъ кислородъ, такъ что остающаяся жидкость дѣлается все болѣе и болѣе богатою кислородомъ и не затвердѣваетъ. Ольшевскій нашелъ, что жидкій метанъ кипитъ подъ атмосфернымъ давленіемъ при --164о, и затвердѣваетъ при --186о. Точка кипѣнія окиси азота --154о, а при --157о это вещество затвердѣваетъ. Ольшевскій, повторяя опыты съ азотомъ, нашелъ, что азотъ затвердѣваетъ при --214о, а не при -- 203о, какъ полагалъ Вроблевскій. Заставляя жидкій азотъ испаряться при весьма слабомъ внѣшнемъ давленіи въ 4 мм., ртутнаго столба, Ольшевскому удалось охладить его до --225о. Кислородъ и при этой температурѣ не затвердѣваетъ. Сгущеніе водорода въ жидкость удалось лишь недавно. Теоретическія изслѣдованія Натансона показали, что критическая температура водорода должна находиться около --234о и точка кипѣнія жидкаго водорода подъ атмосфернымъ давленіемъ около --244о. Только въ 1895 г. Ольшевскому удалось опредѣлить эту температуру путемъ опыта; онъ сгущалъ водородъ до 190 атмосферъ и охлаждалъ его до --211о при помощи кипящаго кислорода. Уменьшая внезапно давленіе до 20 атмосферъ, онъ замѣчалъ бурное кипѣніе во всей массѣ водорода. Такимъ способомъ онъ нашелъ, что критическая температура водорода находится при --234о,5, и что его точка кипѣнія подъ атмосфернымъ давленіемъ равна --243о,5. Оба числа замѣчательно близки къ тѣмъ, которыя теоретически были предсказаны Натансономъ. Когда былъ открытъ аргонъ (составная часть воздуха), Ольшевскій подвергъ этотъ газъ изслѣдованію; онъ нашелъ, что критическая температура аргона находится при --121о; точка кипѣнія подъ атмосфернымъ давленіемъ -- 187о. Плотность жидкаго аргона около 1,5. Испаряясь при уменьшонномъ давленіи, аргонъ затвердѣваетъ при --189о,6.
   Всѣмъ извѣстно, что недавно былъ открытъ еще новый, весьма легкій газъ, который уже давно былъ извѣстенъ астрономамъ, какъ одна изъ составныхъ частей фотосферы солнца, гдѣ его присутствіе было обнаружено спектральными изслѣдованіями. Этотъ газъ былъ названъ геліемъ. Присутствіе его на землѣ было открыто въ 1896 г. Получивъ небольшое количество этого газа, Ольшевскій сжималъ его до 140 атмосферъ, охлаждалъ до --182о,5 и затѣмъ внезапно уменьшалъ давленіе до одной атмосферы. Вычисленіе показываетъ, что гелій долженъ былъ охладиться при этомъ приблизительно до --264о, и не смотря на это, онъ не приходилъ въ жидкое состояніе, такъ что критическая температура гелія должна находиться еще ниже --264о. Эта послѣдняя температура наиболѣе низкая, достигнутая въ настоящее время; она всего на 9о выше того предполагаемаго абсолютнаго нуля, о которомъ было сказано раньше. Удастся ли идти еще дальше, еще болѣе приблизиться къ предполагаемому абсолютному нулю -- вотъ вопросъ, нынѣ въ высокой степени интересующій ученыхъ. Разсужденія, которыя приводятъ къ абсолютному нулю при --273о, не могутъ быть названы строго научными и не вызывающими никакихъ возраженій, а потому не слѣдуетъ слишкомъ удивляться, если въ одинъ прекрасный день окажется, что удалось достигнуть температуры, лежащей еще ниже --273о.
   Въ Германіи Linde построилъ замѣчательный приборъ (описанъ въ 1896 г.), непрерывно дающій жидкій воздухъ въ количествѣ нѣсколькихъ литровъ въ теченіе каждаго часа. Не вдаваясь въ подробное описаніе прибора Linde, замѣтимъ только, что охлажденіе воздуха въ немъ вызывается исключительно путемъ многократнаго расширенія, изъ которыхъ каждое, какъ мы видѣли выше, сопровождается сравнительно не особенно большимъ пониженіемъ температуры. Одно и то же количество воздуха много разъ продавливается чрезъ небольшое отверстіе, при чемъ его температура каждый разъ понижается на столько, что, наконецъ, получается непрерывное образованіе жидкаго воздуха. Несомнѣнно, что способъ Linde, которымъ нынѣ начинаютъ пользоваться и въ Англіи, имѣетъ большую будущность.
   Въ Англіи въ особенности Dewar и Fleming занимаются различными вопросами, относящимися къ физикѣ низкихъ температуръ. Dewar'у удалось достигнуть, между прочимъ, затвердѣванія воздуха. Изъ другихъ ученыхъ упомянемъ еще Estreicher'а, который нашелъ, что хлористый водородъ затвердѣваетъ при --11 г. бромистый водородъ при --88о и іодистый водородъ при --50о8.
   Прежде чѣмъ перейти къ вопросу о явленіяхъ, которыя обнаруживаются при достигнутыхъ нынѣ весьма низкихъ температурахъ, скажемъ нѣсколько словъ о томъ, какимъ образомъ эти температуры измѣряются. Ртутный термометръ, какъ извѣстно, перестаетъ дѣйствовать при --39о, когда ртуть замерзаетъ. Спиртъ затвердѣваетъ при --130о. Но измѣненіе объема этого вещества происходитъ при измѣненіи температуры столь неправильно, что нѣтъ возможности пользоваться термометрами, содержащими спиртъ, для измѣренія низкихъ температуръ. Такіе температуры могутъ быть измѣрены тремя способами: водороднымъ термометромъ, опредѣленіемъ электрическаго сопротивленія проволоки, и способомъ термоэлектрическимъ. Водородъ сжимается при охлажденіи весьма правильно, такъ что по объему даннаго количества водорода, наполняющаго термометръ, можно судить весьма точно о температурѣ среды, въ которой этотъ термометръ помѣщенъ.
   Электрическое сопротивленіе платиновой проволоки уменьшается съ пониженіемъ температуры, и если законъ этого пониженія для данной проволоки предварительно былъ изученъ, то уже легко опредѣлить температуру среды, помѣщая въ нее эту же проволоку и измѣряя извѣстными способами ея электрическое сопротивленіе.
   Термоэлектрическій способъ заключается въ слѣдующемъ. Представимъ себѣ двѣ проволоки изъ различнаго матеріала, напр., одну желѣзную, другую мѣдную, и спаяемъ оба конца одной проволоки съ обоими концами другой. Если температуры полученныхъ такимъ образомъ двухъ спаевъ неодинаковы, то въ замкнутомъ кругу цѣпи, образованномъ обѣими проволоками, появляется электрическій токъ, сила котораго зависитъ отъ разности температуръ обоихъ спаевъ. Помѣщая одинъ спай въ среду, температура которой извѣстна, напр., въ тающій ледъ, и измѣряя силу электрическаго тока въ проволокахъ, можно опредѣлить температуру другого спая, помѣщеннаго въ среду неизвѣстной температуры. Holborn и Wien въ 1896 г. пользовались спаемъ двухъ проволокъ, изъ которыхъ одна была желѣзная, а другая изъ новаго сплава, названнаго константаномъ. При помощи такого спая они нашли, напр., что эфиръ затвердѣваетъ при --117о,6, сѣроуглеродъ при --112о,8, амміакъ при --78о,3. Karnerlingh -- Onnes пользуется въ своей лабораторіи, о которой было сказано выше, водороднымъ термометромъ, и, кромѣ того, термоэлектрическимъ методомъ, при чемъ одна изъ его проволокъ изъ мѣди, другая изъ нейзильбера. Замѣтимъ, что по изслѣдованіямъ Kohlrauseh'а, можно устроить термометръ, весьма удовлетворительно дѣйствующій при очень низкихъ температурахъ, если его наполнить тою смѣсью углеводородовъ, которая въ продажѣ извѣстна подъ названіемъ нефтяного эфира.
   Когда удалось достигнуть весьма низкихъ температуръ, ученые обратились къ вопросу о токъ, какой характеръ принимаютъ различныя физическія явленія и какими свойствами обладаютъ различныя вещества при этихъ низкихъ температурахъ? Результаты относящихся сюда, впрочемъ, пока еще немногочисленныхъ работъ, произведенныхъ главнымъ образомъ за послѣдніе два года, мы теперь вкратцѣ и разсмотримъ. Мы оставляемъ совершенно въ сторонѣ интересныя изслѣдованія Pictet въ области біологическихъ явленій, какъ не относящіяся къ предмету настоящей статья {См. "М. Б.", мартъ, 1897 г., "Научн. Хроника". Прим. ред.}. Не останавливаемся также на вопросѣ о вліяніи низкихъ температуръ на явленія химическія. Укажемъ только на то, что при весьма низкихъ температурахъ почти всѣ химическія реакціи прекращаются, такъ что тѣла, которыя при обыкновенной температурѣ весьма энергично химически дѣйствуютъ другъ на друга, при весьма низкихъ температурахъ могутъ находиться въ соприкосновеніи между собою, не подвергаясь никакимъ измѣненіямъ. Ограничиваемся двумя примѣрами. Всякому извѣстно, что металлы растворяются въ кислотахъ, и что химическая реакція происходитъ особенно энергично, когда металлъ натрій дѣйствуетъ, напр., на соляную кислоту. Оказывается, что если даже безводную соляную кислоту охладить до очень низкой температуры и затѣмъ опустить въ нее кусочекъ металлическаго натрія, то эти два тѣла вовсе другъ на друга не дѣйствуютъ. Другой примѣръ, еще болѣе замѣчательный. Химики давно знали о существованіи особаго газообразнаго тѣла, названнаго фторомъ и входящаго въ составъ плавиковаго шпата, плавиковой кислоты и т. д. Это вещество въ высшей степени энергично химически дѣйствуетъ на всевозможныя тѣла, въ томъ числѣ на всѣ металлы, на стекло и т. д., вслѣдствіе чего до недавняго времени не удавалось получить его въ чистомъ видѣ. Въ концѣ 1897 года были опубликованы первые результаты замѣчательной работы, произведенной совмѣстно французомъ Moissan'омъ и англичаниномъ Dewar'омъ надъ ожижженіемъ фтора. Оказалось, что фторъ не дѣйствуетъ на стѣнки стекляннаго сосуда, охлажденнаго жидкимъ кислородомъ. Когда заставили жидкій кислородъ быстро испаряться, такъ что температура понизилась до --185о, фторъ превратился въ свѣтло-желтую жидкость. Уголь, сѣра, фосфоръ, желѣзо и кремній, на которые фторъ при обыкновенной температурѣ весьма сильно дѣйствуетъ, остаются неизмѣнными, если погрузить ихъ въ жидкій фторъ. Если фторъ ввести въ жидкій кислородъ, то образуется бѣлый осадокъ, составъ котораго пока еще неизвѣстенъ.
   Итакъ, разсмотримъ вкратцѣ результаты изслѣдованія различныхъ физическихъ явленій, происходящихъ при низкихъ температурахъ. Большинство этихъ изслѣдованій принадлежитъ англійскому ученому Dewar'у и его сотрудникамъ Fleming'у и Liveing'у и относится къ температурѣ испаряющагося жидкаго кислорода, т. е. къ температурѣ около -- 180о.
   I. Dewar изслѣдовалъ сопротивленіе разрыву металлическихъ проволокъ, т. е. то натяженіе, подъ вліяніемъ котораго проволока рвется. Результаты этого любопытнаго изслѣдованія помѣщены въ нижеслѣдующей табличкѣ. Діаметръ нѣкоторыхъ проволокъ равнялся 2,49 мм., другихъ -- 5,1 мм., причемъ Dewar сравнивалъ сопротивленіе разрыву при +15о и при --182о. Натяженіе (грузъ), отъ котораго проволока разрывалась, выражено въ килограммахъ.

0x01 graphic

   Числа этой таблички показываютъ, что почти для всѣхъ металловъ сопротивленіе разрыву гораздо больше при --182о, чѣмъ при +15; особенно замѣчательны желѣзо, олово, свинецъ, паяльный сплавъ и сплавъ Wood'ä. Ртуть при --182о крѣпче цинка, который, какъ висмутъ и сурьма, составляетъ исключеніе изъ общаго правила.
   II. Внутреннее треніе жидкостей. Когда жидкость находится въ движеніи, то вообще говоря скорость движенія сосѣднихъ частей жидкости неодинаковая, вслѣдствіе чего между этими частями происходитъ треніе. Существуютъ различные способы для измѣренія этого внутренняго тренія, которое въ различныхъ жидкостяхъ весьма различное. На этихъ способахъ мы не останавливаемся. Dom и Voellmer соизмѣряли (1897) внутреннее треніе соляной кислоты (24,3 проц.) и раствора (1,56 проц.) хлористаго литія въ алкоголѣ при --79о,3. Они нашли, что при этой низкой температурѣ внутреннее треніе соляной кислоты въ 55 разъ больше, а раствора хлористаго литія въ 8,9 разъ больше внутренняго тренія тѣхъ же жидкостей при 15о, 5
   III. Dewar помѣщалъ мыльные пузыри, отливавшіе радужными цвѣтами и, слѣдовательно, весьма тонкостѣнные, въ парахъ кипящаго кислорода. Они при этомъ затвердѣвали, сохраняя радужные цвѣта.
   IV. Dewar изслѣдовалъ преломленіе лучей въ жидкомъ кислородѣ, спектръ поглощенія того же вещества, а также спектръ электрической искры, полученной внутри жидкаго кислорода. Ограничиваемся указаніемъ, что коэффиціентъ преломленія для желтаго луча оказался равнымъ 1,2214; для воды этотъ коэффиціентъ равенъ 1,3336.
   V. Фосфоресценція. Всѣмъ извѣстно, что нѣкоторыя вещества свѣтятся въ темнотѣ, когда они предварительно были подвергнуты достаточно сильному освѣщенію; мы говоримъ, что эти тѣла фосфоресцируютъ. Особенно сильно фосфоресцируютъ нѣкоторыя соединенія сѣры съ металлами кальцій, барій и стронцій. Этими соединеніями иногда покрываютъ подсвѣчники, спичечницы и т. п., которые ночью слабо свѣтятся, если они днемъ были освѣщены. Кромѣ того, существуетъ огромное число тѣлъ, которыя послѣ освѣщенія въ темнотѣ испускаютъ весьма слабый и непродолжительный свѣтъ. Сюда относятся желатина, целлулоидъ, параффинъ, слоновая кость, рогъ, каучукъ и весьма многія другія вещества. Dewar и другіе ученые изслѣдовали вліяніе низкихъ температуръ на явленія фосфоренценціи. Оказалось, что какъ разъ вещества, сильно фосфоресцирующія при обыкновенной температурѣ, напр., сѣрнистый кальцій, перестаютъ свѣтиться при --80о. Но если ихъ сперва освѣтить при этой низкой температурѣ и затѣмъ нагрѣть въ темнотѣ, то они начинаютъ свѣтиться. Наоборотъ, желатина, рогъ и другія названныя выше вещества сильно фосфоресцируютъ при --180о. Кромѣ этихъ веществъ весьма сильно фосфоресцируютъ при --180о яичная скорлупа, перья, салициловая кислота и цѣлый рядъ органическихъ веществъ. Если двойную ціанистую соль аммонія и платины освѣтить при --180о электрическимъ свѣтомъ, то она въ темнотѣ фосфоресцируетъ весьма слабо. Но если затѣмъ вынуть эту соль изъ жидкаго кислорода, такъ что она быстро нагрѣется, то она начинаетъ свѣтиться "какъ лампа".
   VI. Фотографія. Фотографическая пластинка остается чувствительною къ свѣту когда ее охладить до --180о, хотя ея чувствительность при этой температурѣ уже въ 5 разъ меньше, чѣмъ при обыкновенной температурѣ. Даже при --200о свѣтъ еще дѣйствуетъ на такую пластинку, хотя при этой температурѣ вообще всѣ химическія дѣйствія прекращаются.
   VII. Телопрозрачность. Каждое тѣло испускаетъ при всякой температурѣ лучи, невидимые для нашихъ глазъ; эти лучи представляютъ, какъ и видимые лучи свѣта, сотрясенія эфира, распространяющіяся во всѣ сторону со скоростью свѣта (300.000 километровъ въ секунду), и образующіяся (какъ и лучи свѣта) за счетъ того теплового движенія частицъ тѣла, о которомъ было сказано выше. Они отличаются отъ видимыхъ лучей свѣта только тѣмъ, что сотрясенія эфира происходятъ въ нихъ медленнѣе, чѣмъ въ лучахъ свѣта. Можно сказать, что эти лучи, которые совершенно неправильно принято называть тепловыми, относятся къ лучамъ видимымъ, какъ низкіе тоны относятся къ болѣе высокимъ. Тѣла, пропускающія черезъ себя эти лучи, называются теплопрозрачными (названіе также неправильное). Pictet нашелъ, что при температурахъ ниже --70о непроводники тепла, въ родѣ дерева, ваты, шерсти и т. д., дѣлаются теплопрозрачными, и слѣд. перестаютъ защищать весьма холодныя тѣла отъ нагрѣвающаго дѣйствія окружающихъ, болѣе теплыхъ тѣлъ. Эти наблюденія требуютъ однако еще дальнѣйшей повѣрки.
   VIII. Электрическое сопротивленіе. Всѣмъ извѣстно, что металлы, уголь, а также растворы кислотъ и солей хорошо "проводятъ" электричество, или, что то же самое, что эти тѣла обладаютъ сравнительно небольшимъ электрическимъ сопротивленіемъ. Наоборотъ, нѣкоторыя тѣла, какъ, напр., параффинъ, стекло, слюда, сѣра и др., суть непроводники электричества (изоляторы); эти тѣла обладаютъ слѣд. весьма большимъ электрическимъ сопротивленіемъ. Dewar и Fleming, Holborn и Wien и др. изслѣдовали вліяніе низкихъ температуръ на электрическое сопротивленіе различныхъ веществъ. Замѣтимъ, что при обыкновенныхъ температурахъ сопротивленіе металловъ увеличивается при нагрѣваніи, сопротивленіе же растворовъ солей и кислотъ, а также сопротивленіе угля при нагрѣваніи уменьшается. Оказывается, что уменьшеніе сопротивленія металловъ продолжается до самыхъ низкихъ температуръ; это уменьшеніе происходитъ такимъ образомъ, что при абсолютномъ нулѣ, т. е. при --273о, сопротивленіе многихъ металловъ, повидимому, должно сдѣлаться равнымъ нулю. Наоборотъ, сопротивленіе растворовъ кислотъ и солей, а также угля продолжаетъ увеличиваться до самыхъ низкихъ температуръ. Такъ, напр., сопротивленіе соляной кислоты при -- 80о въ 34 раза больше, чѣмъ при +18о. Весьма замѣчательно вліяніе низкихъ температуръ на висмутъ, находящійся въ магнитномъ полѣ, т. е. въ пространствѣ, въ которомъ дѣйствуютъ магнитныя силы, напр. между полюсами сильнаго подковообразнаго магнита. Извѣстно, что если при обыкновенной температурѣ помѣстить висмутъ въ магнитное поле, то его электрическое сопротивленіе значительно увеличивается (примѣрно на 75%). Чѣмъ ниже температура висмута, не находящагося въ магнитномъ полѣ, тѣмъ меньше его сопротивленіе, которое, повидимому, равно нулю при --273о. Но дѣйствіе магнитнаго поля тѣмъ больше, чѣмъ ниже температура. Такъ, напр., при --180о сопротивленіе висмута увеличивается въ 4 1/2 раза подъ вліяніемъ магнитныхъ силъ. Dewar полагаетъ, что при абсолютномъ нулѣ, т. е. при -- 273о, сопротивленіе висмута равно нулю, а въ магнитномъ полѣ оно дѣлается безконечно большимъ, или, иначе говоря, что при --273о висмутъ подъ вліяніемъ магнитныхъ силъ изъ совершеннаго проводника электричества превращается въ совершенный непроводникъ.
   IX. Магнетизмъ. Pictet нашелъ, что сила готоваго стальнаго магнита растетъ при сильныхъ охлажденіяхъ. Магнитъ, который при +30о, держалъ 57,3 грамма, могъ при --105о удержать 76,6 гр. Dewar также нашелъ, что сила магнита увеличивается при его охлажденіи до --182о на 30% и даже на 50%. Въ ученіи о магнетизмѣ играетъ весьма важную роль величина, называемая магнитною проницаемостью. Эта величина, въ сущности, характеризуетъ собою способность вещества намагничиваться, если его помѣстить въ магнитное поле. Dewar и Fleming изслѣдовали (1896) магнитную проницаемость различныхъ сортовъ желѣза при очень низкихъ температурахъ. Оказалось, что сильное охлажденіе мало вліяетъ на магнитную проницаемость, и что эта величина при низкихъ температурахъ для нѣкоторыхъ сортовъ желѣза больше, для другихъ -- меньше, чѣмъ при температурахъ обыкновенныхъ. Жидкій кислородъ есть тѣло магнитное, хотя и въ очень слабой степени. Его магнитная проницаемость оказалась равною 1,00287 (въ пустотѣ магнитная проницаемость равна единицѣ, для желѣза, наиболѣе магнитнаго тѣла, она можетъ доходить до 1700).
   X. Индуктивная способность. Всѣмъ извѣстно, что тѣла, одинаково наэлектризованныя, взаимно отталкиваются. Вообразимъ хотя бы два мѣдныхъ шарика, которые одинаково наэлектризованы; они отталкиваютъ другъ друга съ нѣкоторою опредѣленною силою. Оказывается, что эта сила зависитъ отъ окружающей среды, т. е. отъ того вещества, внутри котораго оба шарика находятся. Вообще отталкиваніе во всякой средѣ лсемьше, чѣмъ въ пустотѣ или, что почти одно и то же, чѣмъ въ воздухѣ. Такъ, напр., отталкиваніе нашихъ шариковъ уменьшится въ 3 раза, если ихъ изъ воздуха перенести въ оливковое масло (не мѣняя, конечно, ихъ разстоянія другъ отъ друга и количества электричества на ихъ поверхностяхъ); въ рициновомъ маслѣ оно уменьшается въ 4,7 раза, въ вазелиновомъ маслѣ въ 2 раза, въ сѣроуглеродѣ въ 2,6 раза и т. д. Число, показывающее, во сколько разъ взаимодѣйствіе наэлектризованныхъ тѣлъ, помѣщенныхъ въ нѣкоторое вещество, меньше, чѣмъ въ воздухѣ, называется индуктивною способностью (или діэлекрическою постоянною) этого вещества. Такъ, напр., индуктивная способность оливковаго масла (см. выше) 3, рициноваго масла 4,7, далѣе вазелиноваго масла 2, сѣроуглерода 2,6 и т. д. Индуктивная способность представляетъ одну изъ самыхъ важныхъ и интересныхъ величинъ, съ которыми имѣетъ дѣло современная физика. Одна изъ причинъ заключается въ слѣдующемъ: великій англійскій ученый Clark Maxwell показалъ, что для немагнитныхъ веществъ индуктивная способность должна равняться квадрату показателя преломленія лучей, соотвѣтствующихъ наиболѣе медленнымъ колебаніямъ эфира или весьма большой длинѣ волны. Такими лучами являются электрическіе лучи Герца. Для многихъ веществъ показатели преломленія различныхъ лучей, однако, не много отличаются другъ отъ друга; для нихъ индуктивная способность должна, приблизительно, равняться квадрату коеффиціента преломленія видимыхъ лучей. И дѣйствительно, такое равенство подтвердилось для многихъ веществъ, но далеко не для всѣхъ. Такъ, напр., индуктивная способность воды близка къ 80, алкоголя около 27, между тѣмъ какъ коеффиціенты преломленія воды 1,33, алкоголя 1,36. Оказалось, однако, что электрическіе лучи Герца имѣютъ въ этихъ средахъ огромные коеффиціенты преломленія, квадраты которыхъ дѣйствительно близки къ числамъ 80 и 27. Abegg изслѣдовалъ (1897) индуктивную способность при низкихъ температурахъ и нашелъ, что она значительно превышаетъ ту же способность при обыкновенной температурѣ. Такъ, индуктивная способность эфира при 10о,8 равна 4,45, а при -- 75о она равна 6,96; для алкоголя (этиловаго) онъ получилъ 26,4 при 14о,8 и 44,3 при -- 86о,6. Fleming и Dewar опредѣлили (1897) индуктивную способность льда при -- 198о, и нашли ее равною 2,83, а для льда, содержащаго разныя соли, равною отъ 2 до 3.
   Для веществъ магнитныхъ квадратъ показателя преломленія, по теоріи Maxwell'я долженъ равняться произведенію индуктивной способности на магнитную проницаемость (см. выше,) которая для слабо магнитныхъ веществъ очень мало отличается отъ единицы. Dewar опредѣлилъ коеффиціентъ преломленія жидкаго кислорода (при --180о) и нашелъ его равнымъ 1,2181 для лучей съ большою длиною волны. Квадратъ этого числа равенъ 1,484. Далѣе Dewar опредѣлилъ индуктивную способность жидкаго кислорода, которая оказалась равною 1,491. Если это число помножить на магнитную проницаемость 1,00287 жидкаго кислорода (см. выше), то получается число 1,495, дѣйствительно очень близкое къ 1,484.
   Этимъ мы оканчиваемъ обзоръ новѣйшихъ изслѣдованій, относящихся къ "физикѣ низкихъ температуръ".

"Міръ Божій", No 2, 1898

   
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Рейтинг@Mail.ru