Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
малую вязкость. А именно в 1930 г. Кеезом и Дж. Н. ван ден Энде
обнаружили, что сосуд, не имевший никакой заметной течи при температуре
выше Х-точки, обладает ею при температурах ниже этой точки. Однако
никаких дальнейших выводов из этого в тот момент сделано не было.
98
конгрессе холода и предположил, что они связаны с тем, что наблюдал
Каммерлинг-Оннес. Поэтому Джон Г. Даунт и Курт Мендельсон в Оксфорде
предприняли более тщательное изучение этого явления. Они сообщили о
результатах в письме в Nature в 1938 г., а подробно их работа была
опубликована в двух следующих однд за другой статьях в Proceedings of the
Royal Society в 1939 г.
"В очень удобной установке (рис. [5.11]) мы подвесили небольшую
стеклянную мензурку на тонкой стеклянной нити, которою можно было
поднимать и опускать в резервуар с жидким гелием II... Мы наблюдали
следующие явления:
а. Когда пустая мензурка опускалась в жидкость, она наполнялась до того
же уровня, что и уровень жидкости в резервуаре, хотя верхний край
мензурки был везде выше уровня жидкости.
б. Когда мензурку частично вынимали из резервуара, уровень жидкости в ней
падал с той же скоростью, как он возрастал в случае а,
тогда как уровень В резер- Рис. 5 10. Эффект фонтанирова-вуаре возрастал
ДО тех пор, НИЯ [Nature, 141 (1938), стр. 243, пока не достигалось равен-
Рис- 31
ство обоих уровней.
в. Для того чтобы установить, происходит ли перенос жидкости путем
перегонки сквозь газовую фазу или благодаря переносу по поверхности,
эффект изучался при введении пучка изогнутых медных проволок, чем
достигалось увеличение поверхности, соединяющей оба ур.овня. Было
установлено, что при этом скорость
99
переноса увеличивалась в несколько раз, но лишь при условии, что пучок
проволок опускался в жидкость до более высокого из двух уровней1 (рис.
[5.12]).
г. Когда мензурку (в отсутствие проволок) полностью вынимали из
резервуара, жидкость в ней исчезала с той же скоростью, как если бы
мензурка оставалась частично погруженной в резервуар. Этот факт удалось
понять после того, как было установлено, что жидкость собирается в капли
на дне мензурки и капает в резервуар.
д. Оказалось, что скорость переноса жидкости не зависит слишком сильно от
того, заполнена ли мензурка почти полностью или же почти пуста; скорость
переноса изменялась всего лишь на 20% при изменении уровня в пределах от
0,5-20 мм от верхнего края мензурки".
Действительно, как было показано в первой из ста* тей Даунта и
Мендельсона, скорость потока, по-видимому, почти совершенно не зависела
от относительной разности уровней.
"Для более детального изучения вопроса измерялся перенос жидкости из
длинной мензурки в зависимости от времени. Мензурка наполнялась путем
полного погружения в резервуар, а затем извлекалась из него. Отсчеты
высоты уровня в мензурке производили через каждые 2 мин. Во время
эксперимента уровень жидкости в резервуаре поддерживался на одной и той
же высоте по отношению к мензурке, что достигалось регули* ровакием
высоты мензурки. Высота обоих уровней как функция времени представлена на
рис. [5.13], отражающем результаты типичного эксперимента.
1 Возможность капиллярного эффекта между витками проволок исключалась
путем замены его несколькими отдельными проволоками.
Рис. 5.11. Криостат, использованный Даунтом и Мендельсоном,
приспособленный для подъема и погружения мензурки.
Его описание дано в первой из двух статей этих авторов. "Сосуд, в котором
проводились эксперименты, соединен с небольшим гелиевым ожижителем... В
тех экспериментах, где использовалась мензурка В, ее можно было поднимать
и опускать с помощью нити или провода г, который через трубку Т$
выводился из прибора. Верхний конец F присоединялся к герметизированному
подъемному устройству W (или к магнитному устройству). Вся установка
помещалась в вакуумнрованный сосуд С, окруженный жидким водородом в
дьюаре D\. Ниж-ияя часть установки сделана из стекла и соединяется с
основной частью при помощи переходов медь-стекло. Низ дьюара D\ не
посеребрен и погружен в ванну с жидким азотом в дьюаре Df [Proc% Roy.
$qc,, Ser, А170 (1939), стр. 425, рис. 1].
101
Уровень жидкости в мензурке быстро опускается в течение первых 6 мин,
пока не оказывается на 1 см ниже ее верхнего края. После этого высота
уровня внутри мензурки становится линейной функцией времени; это
означает, что скорость переноса оказывается постоянной и
не зависит от разности уровней внутри и снаружи мензурки. Для проверки
этого положения на 33-й минуте разность между двумя уровнями внезапно
уменьшали на 65%. Однако, как ясно видно из рис. [5.13], это не приводило
к изменению скорости переноса".
(В действительности дальнейшие более точные измерения показали, что все
же наблюдается некоторый, хотя и небольшой, эффект, лежащий за пределами
точности описанных измерений и существенно меньший сифонного эффекта.)
"Поскольку разность высот между двумя уровнями не влияет заметно на поток
