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

Из этих опытов мы получили картину движения жидкого гелия в капилляре,
производимого потоком тепла. Схема этого движения представлена на рисунке на
стр. 36. В бульбочке 1 происходит нагревание гелия, в капилляре происходит
поток, и он вырывается наружу в виде струи 2. Входящий гелий ползет по
стенке капилляра в обратном направлении в виде тонкой поверхностной пленки
3, а в бульбочке происходит переход гелия с поверхности опять в свободный
гелий. Таким образом, мы имеем тут явление ползания гелия по поверхности,
очень похожее на то, о котором мы уже говорили вначале и которое объясняет
выравнивание уровней гелия из сосудика, изображенного на рисунке на стр. 28.
Нужно отметить, что в обоих случаях такое движение гелия возможно только,
если жидкий гелий-II при своем течении ведет себя как жидкость, не
обладающая вязкостью.
Теперь, имея картину движения гелия в капилляре, вызванную тепловым
потоком и установленную, как мы видели,
чисто экспериментально, мы могли приступить к выводам нашего
исследования, ведущим к объяснению процесса колоссальной теплопроводности.
Мы имеем основания предположить, что гелий, в тонкой пленке двигающийся
по поверхности, отличается по своему физическому состоянию от того, который
течет в обратном направлении в центральной части капилляра. Благодаря
молекулярным силам от стенок капилляра мы принимаем, что он находится в
несколько другом энергетическом состоянии. Говоря языком термодинамики, у
него другая тепловая функция, чем у свободного гелия.
Оказывается, этого предположения, по-видимому, вполне достаточно, чтобы
объяснить большую теплопередачу гелия, которая наблюдалась в капилляре.
Наблюдаемая при опыте картина такова: когда гелий по внутренней поверхности
капилляра втекает в бульбочку и, покидая поверхность, переходит в свободное
состояние, он поглощает тепло. Этот процесс и создает впечатление
колоссальной теплопроводности. Поясним это примером.
Если мы хотим произвести охлаждение и будем пользоваться для этого
струей холодной воды при 0 С, либо используем лед при той же температуре, то
мы увидим, что во втором случае за счет скрытой теплоты таяния происходит
более энергичное охлаждение, чем при пользовании просто водой. Охлаждение в
нагревающейся бульбочке и напоминает нам охлаждение тающим льдом. Гелий,
попадающий сюда по поверхности, оставляя стенки, переходит в другое
энергетическое состояние, и при этом он поглощает тепло, которое создается
нагревателем. Основываясь на такой картине, можно показать, что
теплопередача становится как количественно, так и качественно вполне
объяснимой, и никакой сверхтеплопроводности в гелии-II не существует [ 4 ].
Дальнейшая проверка предложенной нами теплопередачи в гелии-II в
капилляре была произведена измерением его теплопроводности не в трубочке, а
в свободном объеме. Таким путем мы мерили теплопроводность в условиях, когда
исключалась возможность переноса тепла движением пленки. В этих опытах,
например, бралась стеклянная трубка с нагревателем и термометром внутри. Она
свободно подвешивалась в гелии-II на очень тонких проводниках. Пленки
гелия-II от холодных частей к более теплым могли, очевидно, проползти только
по этим проводникам, но так как эти проводники имеют очень малую
поверхность, то только очень малая часть тепла могла быть перенесена
движением пленки по их поверхности. Поэтому главная часть тепла должна была
проходить через массу самого жидкого гелия. Меряя в этих опытах
теплопроводность свободного гелия, как и следовало ожидать согласно нашей