Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
жидкости, было высказано предположение, что, возможно, определенную роль
играет расстояние, которое атомы должны пройти по пленке.., Поэтому был
поставлен эксперимент с мензуркой, где путь атомов вдоль одной из стенок
оказывался значительно длиннее, чем вдоль другой (рис [5.14]). Перенос
жидкости вновь фиксировался по разности уровней жидкости в резервуаре и
мензурке, которая измерялась как функция времени. В течение первых 30 мин
уровень в резервуаре поддерживался постоянным... После этого он был
поднят так, что оказался выше нижнего конца внутренних трубок. Скорость
переноса не изменялась,
Рис. 5.12. Расположение пучка медных проволок в приборе для изучения их
влияния на скорость перетекания.
Справа- графики изменения во времени уровня жидкости в двух сосудах.
Следует обратить внимание на изменение наклона обеих кривых в тот момент,
когда уровень в верхнем сосуде опускается ниже конца пучка проволок
[Proc. Roy. Soc.t Ser. А170 (1939), стр. 428. рис. 3].
102
однако было замечено, что теперь капли жидкого гелия падают с нижнего
конца самой внутренней из трубок. На
7см
Рис. 5.13. Изменение уровня жидкости в мензурке с жидким гелием И [Proc.
Roy. Soc., Ser. А170 (1939), стр. 430, рис. 5].
45-й минуте уровень в резервуаре слегка опускался ниже уровня в мензурке,
и можно было видеть, что, несмотря на более длинный путь вдоль внутренней
стенки, поток
Рис. 5.14. Эксперимент по изучению влияния длины пути на перенос жидкости
пленкой (малые кружки - внутренний уровень, большие кружки - внешний
уровень) [Proc. Roy. Soc., Ser. А170 (1939), стр. 436, рис. 9].
идет в обратном направлении, и мы наблюдаем в точности то же значение
скорости переноса, как и при втекании гелия в мензурку.
Интересная особенность последнего эксперимента состоит в образовании
капель, которые наблюдались при
103
опускании нижнего конца трубок ниже уровня жидкости в резервуаре. По-
видимому, эти капли указывали на то, что свободная жидкость может
образовываться из пленки в тех местах, которые находятся ниже верхнего
уровня Для дальнейшего изучения этого явления использовалась мензурка с
сужением внутренней стенки (рис. [5.15]). Пустую мензурку погружали в
резервуар,
Рис 5 15. Эксперимент, показывающий влияние сужения внутренней стенки
мензурки (малые кружки - внутренний уровень, большие кружки - внешний
уровень) [Proc. Roy. Soc., Ser. А170 (1939), cfp. 437, рис. 10].
так чтобы уровень жидкости в последнем оказался значительно выше суженной
части мензурки. Затем мензурка наполнялась, и уровень в резервуаре
соответстве'д-но падал, так что скорость переноса оставалась постоянной
до тех пор, пока (по прошествии 15 мин) уровень жидкости в резервуаре не
доходил до уровня суженной части. В этот момент скорость переноса резко
изменялась, после чего понижение уровня в резервуаре и соответствующее
повышение уровня в мензурке значительно замедлялись.
Все это означает, что перенос между сосудами с различными уровнями
жидкого гелия ограничивается самым
1 Сравните с условиями, при которых капли образовывались в двух
предыдущих случаях (см. стр. 101, 102).
104
узким местом в соединительной трубке, лежащим выше самого высокого
уровня".
За письмом в Nature Даунта и Мендельсона последовало письмо А. К. Кикоина
и Б. Г. Лазарева из Украинского физико-технического института в Харькове,
которые также исследовали течение пленок, но с помощью совершенно другой
методики.
"Стеклянная трубка диаметром 4 мм, снабженная вакуумной теплоизоляцией,
погружена в жидкий гелий, причем лишь ее нижняя часть находится в
жидкости, тогда как верхняя может возвышаться над уровнем жидкого гелия в
резервуаре. К верхней части трубки припаяна медная трубка, на которую
навиты нагреватель из Константиновой проволоки (диаметром 0,1 мм) и
термометр сопротивления из фосфористой бронзы (диаметром 0,1 мм).
Когда нижняя часть трубки погружена в жидкий гелий II, верхняя часть ее
имеет ту же температуру, что и нижняя, т. е. температуру жидкого гелия в
сосуде Дьюара. При подводе тепла при помощи электронагревателя нагрева
практически не наблюдается... Однако при определенном значении тока
начинается интенсивный нагрев... При выключении тока через нагреватель
верхняя часть трубки очень быстро (за несколько се-к\нд) принимает ту же
температуру, что и нижняя часть...
Это свидетельствует о том, что по всей поверхности трубки образуется
тонкая пленка жидкого гелия II, которая вследствие своей аномально
высокой теплопровод* ности выравнивает температуры верхней и нижней
частей трубки... При некотором'предельном значении тока эта пленка
испаряется, и лишь тогда начинается процесс нагрева".
По оценкам Кикоина и Лазарева, толщина этой пленки составляла величину
порядка 10~5 см (несколько позже в том же году они уточнили эту оценку: 2
3-10~6 см); авторы отмечали, что в столь тонкой пленке едва ли могли
установиться конвекционные потоки. Следовательно, процесс переноса тепла,
по их мнению, должен быть обусловлен сверхтеплопроводностью гелия II,
