"Петр Капица. Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления" - читать интересную книгу автора

Вязкость - это свойство жидкости, определяющее ее текучесть. Если через
одну и ту же трубку под одним и тем же напором мы будем пропускать разные
жидкости, то легко убедимся, что одни из них будут протекать легче, другие -
труднее. Чем хуже протекает жидкость, чем меньше ее текучесть, тем больше в
ней вязкость. Следовательно, вязкость есть как бы мерило внутреннего трения
при течении. Из опыта мы, например, находим, что у масла большая вязкость, у
смолы еще больше, а у воды меньшая вязкость. Если поставить точный
эксперимент, то мы найдем, что у газа есть вязкость, хотя она мала.
Оказалось, что у жидкого гелия она примерно в 1000 раз меньше, чем вязкость
воды, и при переходе гелия-I в гелий-II даже было наблюдено некоторое
уменьшение этой вязкости. Это явление нас очень заинтересовало. Как нетрудно
показать, в этих свойствах жидкого гелия можно найти противоречие с нашими
обычными представлениями о механизме вязкости и теплопроводности.
В самом деле, как себе представить механизм теплопроводности? Мы
считаем, что тепло есть движение атомов в веществе. Когда одна часть тела
более нагрета, чем другая, атомы в ней приобретают более энергичное
колебательное движение, чем в другой. Благодаря силам взаимодействия более
энергичное движение атомов нагретой части тела передается менее нагретой.
Неравномерность в энергии колебаний как бы стремится выравняться по всему
телу, и это влечет за собой то, что тепло распространяется по всему телу.
Значит, теплопроводность надо рассматривать как способность атомов
передавать свои колебания друг другу, и чем больше это свойство передачи,
тем больше значение для теплопроводности данного вещества.
Теперь попытаемся представить себе механизм, обусловливающий вязкость.
При течении, например, в трубочке, слой жидкости, прилегающий к стенке,
неподвижен, следующий слой уже движется с некоторой скоростью, над ним
движется другой слой с несколько большей скоростью и т. д. Между этими
слоями существует скольжение, которое происходит с трением. Это трение
вызывается тем, что атомы одного слоя в своем движении отстают от атомов
следующего слоя и благодаря тем же силам взаимодействия мешают движению. В
результате получается потеря энергии, которая и обусловливает вязкость
жидкости. Из такой картины следует, что вязкость должна быть тем больше, чем
больше движение атомов одного слоя влияет на движение атомов другого слоя,
т. е. чем легче в теле распространяется тепло.
Поэтому при увеличении в веществе его теплопроводности естественно
ждать также и увеличения его вязкости, а не наоборот, как это происходит в
гелии. Спрашивается, почему же при таком колоссальном увеличении
теплопроводности гелия-II вязкость его уменьшается?
Чтобы разрешить это противоречие, мы выдвинули предположение, что
большая теплопроводность, которую наблюдал Кеезом, является только
кажущейся. В самом деле, известно, что существуют два механизма
теплопередачи. Один - это теплопередача от атома к атому, как мы описывали и
какая наблюдается в твердом теле, а другой же механизм теплопередачи - это
конвекция. Положим, вы будете держать руку над горячим источником, например
радиатором, - вы сразу почувствуете тепло, так как поток нагретого воздуха
будет переносить тепло к вашей руке. Такой перенос тепла вместе с движущимся
потоком вещества и называется конвекцией. Если же руку поместить под
радиатором, то никакого тепла не почувствуется, так как поток теплого
воздуха идет кверху, а обычная теплопередача воздуха очень мала. В такой
плохо-теплопроводной среде, как воздух, обычная теплопередача только и