НАУЧНЫЙ ОБЗОРЪ.
НАУЧНЫЙ ОБЗОРЪ.
Успхи физики.
Успхи физики.
Профессора О. Д. Хвольсона.
I. Физика низкихъ температуръ.
Успехи физики, Хвольсон Орест Данилович, Год: 1898
Время на прочтение: 23 минут(ы)
Съ особымъ удовольствіемъ я принялъ предложеніе редакціи журнала ‘Міръ Божій’ отъ времени до времени бесдовать съ его многочисленными читателями о новйшихъ успхахъ физики. Хорошо сознаю трудности задачи, которую взялъ на себя. Знакомство съ физикою у насъ мало распространено. Образованная публика, интересующаяся научными открытіями, готова съ восторгомъ привтствовать всякую новую побду человческаго генія, она жаждетъ уразумть смыслъ и значеніе всякаго шага на безконечномъ пути, ведущемъ къ познанію природы, къ порабощенію ея темныхъ силъ, къ завтной, недостижимой послдней цли всхъ наукъ — къ познанію самого себя, къ уразумнію сущности нашего бытія, истиннаго отношенія нашего міра внутренняго къ міру вншнему. Но та же публика боле знакома съ основами какой угодно другой науки, чмъ съ основами физики, которую она считаетъ состоящею изъ какихъ-то премуд ростей, темныхъ, спутанныхъ и мало понятныхъ. Здсь не мсто разбирать причины этого страннаго и даже грустнаго явленія, но съ нимъ по необходимости приходится считаться, какъ съ фактомъ. А между тмъ вдь оказывается, что незнакомство съ физикою лишаетъ возможности правильно понимать многое, и даже очень многое, относящееся къ областямъ, повидимому, совершенно другихъ наукъ, выросшихъ, однако, на почв 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 цлаго ряда наукъ, отдлившихся 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 смысл слова, обнимающая почти все, на чемъ основана современная культура, чмъ гордится нашъ вкъ. Безъ физики немыслимы строительная механика и паровая техника, фотографія и электротехника съ ея многочисленными отдлами: телеграфіей, телефоніей, электрическимъ освщеніемъ, 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 ршить основного вопроса: исчерпываютъ ли физика и химія совокупность тхъ явленій, которыя подлежатъ ихъ вднію, или въ этихъ явленіяхъ еще играетъ роль таинственное, закулисное нчто, являющееся признакомъ и условіемъ жизни? Безъ физики немыслима и раціональная медицина будущаго, а въ настоящемъ такіе ея отдлы, какъ офталмологія и электротеранія.
Культурный человкъ, такимъ образомъ, на каждомъ шагу долженъ былъ бы видть ‘слды физики’. Онъ детъ на пароходахъ и по желзнымъ дорогамъ, онъ телеграфируетъ и телефонируетъ, онъ пользуется электрическимъ освщеніемъ и, нердко, электрической передачей работы, онълчится 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, слдовало бы ему знать! И онъ будетъ ее знать — со временемъ. Не отцы, такъ дти, а если не дти, такъ ужъ наврное внуки.
Итакъ, я съ удовольствіемъ берусь бесдовать объ успхахъ физики. Но эти успхи лишь въ самыхъ рдкихъ, исключительныхъ случаевъ представляютъ изъ себя нчто абсолютно новое, понятное и тому, кто мало знакомъ съ физикою. Эти успхи почти всегда являются дальнйшимъ развитіемъ того, что уже сдлалось достояніемъ науки и для правильнаго уразумнія ихъ истиннаго смысла и ихъ научнаго значенія необходимо основательно знать и правильно понимать (что не одно и то же!) многое предыдущее. Вслдствіе этого придется, разсказывая о новомъ, иногда вкратц напоминать старое и даже элементарное. Эта будетъ скучно для нкоторыхъ, но необходимо и полезно для многихъ.
Необозримо велико число экспериментальныхъ и теоретическихъ работъ по физик, обогатившихъ эту науку новыми вкладами въ теченіе послднихъ двухъ или трехъ лтъ. Однако, не такъ уже велико число работъ, результаты которыхъ дйствительно могутъ заинтересовать всхъ и каждаго. Эти послднія могутъ быть соединены въ группы, а разсмотрніе каждой изъ такихъ группъ можетъ быть предметомъ особой статьи. Укажу въ вид примра хотя бы на слдующія темы, касающіяся боле или мене новыхъ успховъ физики, могущихъ, какъ мн кажется, представить общій интересъ:
1. Физика низкихъ температуръ (достиженіе температуры въ 260о ниже нуля, явленія, обнаруживающіяся при такихъ температурахъ).
2. Вліяніе магнетизма на свтъ (отчасти старое, отчасти новое, а именно открытіе Zeeman’а).
3. Спектральное опредленіе скорости свтилъ.
4. Вліяніе свта на электричество (опыты Elster’а и Geitel’а и др.).
5. Свойства электрическихъ лучей Герца.
6. Цвтовое приноравливанье (мысли Wiener’а) и т. д. Этихъ темъ хватитъ надолго. Кром того, я надюсь отъ времени до времени сообщать и боле мелкія новости, не развивая ихъ подробно и имя въ виду читателей, боле знакомыхъ съ физикою.
На первый разъ мы возьмемъ темою нашей бесды физику низкихъ температуръ. Мы разсмотримъ, какого ужаснаго холода удалось достигнуть, какими способами это было сдлано и, наконецъ, какія явленія обнаруживаются при различныхъ весьма низкихъ температурахъ.
Температура даннаго тла зависитъ отъ количества теплоты, которое въ немъ содержится. А что такое теплота? Современная физика, какъ извстно, предполагаетъ, что мельчайшія частицы, изъ которыхъ состоятъ тла, находятся въ состояніи непрерывнаго, весьма быстраго движенія. Въ тлахъ твердыхъ частицы быстро колеблются около своихъ среднихъ положеній, отъ которыхъ они не удаляются. Въ жидкостяхъ частицы уже боле свободны, къ быстрому колебательному движенію присоединяется медленное измненіе среднихъ положеній, такъ что внутри жидкости, на видъ совершенно спокойной, происходить непрерывное внутреннее перемщеніе частицъ, нчто врод медленнаго внутренняго перемшиванія. Наконецъ, въ газообразныхъ тлахъ частицы вполн или почти вполн свободны, каждая частица летитъ прямолинейно, пока не столкнется съ другою частицею или пока не ударится о поверхность какого-либо тла или объ стнку сосуда, въ которомъ газъ находится. Если газъ не очень сильно разрженъ, то столкновенія частицъ между собою происходятъ столь часто, что направленіе движенія каждой отдльной частицы мняется много милліоновъ разъ въ теченіе каждой секунды. Запасъ теплоты, содержащейся въ тл, зависитъ отъ быстроты движенія частицъ. Чмъ больше скорость этого движенія, тмъ выше температура, чмъ она меньше, тмъ температура ниже. Основываясь на нкоторыхъ соображеніяхъ, которыя мы развивать не станемъ, ученые пришли къ мысли о существованіи такой, наиболе низкой температуры, при которой всякія движенія частицъ совершенно прекращаются, эту температуру называютъ абсолютнымъ нулемъ и по нкоторымъ причинамъ полагаютъ, что она находится при —273о, т. е. на 273 градуса ниже нашего обыкновеннаго нуля, принимаемаго, какъ извстно, при температур таянія льда. Число 273 относится къ шкал Цельсія, которою мы въ этой стать только и будемъ пользоваться. Если взять четыре пятыхъ числа градусовъ по шкал Цельсія, то получается соотвтствующая температура по шкал Реомюра, которою въ Россіи обыкновенно пользуются, такъ что абсолютный нуль находится при —218о по Реомюру.
Вс свойства твердаго, жидкаго и газообразнаго вещества мняются съ измненіемъ температуры, а потому и вс наблюдаемыя нами явленія зависятъ отъ температуры. Одинъ знаменитый химикъ сказалъ, что всякая температура иметъ свою химію, онъ хотлъ этимъ выразить, что всевозможныя химическія явленія совершенно мняютъ свой характеръ, если мняется температура. То же самое можно сказать и про физику. Поэтому представляется въ высшей степени важнымъ прослдить ходъ и характеръ физическихъ явленій въ возможно широкихъ температурныхъ предлахъ и въ этомъ отношеніи удалось за послдніе годы чрезвычайно расширить предлы 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 тлъ до страшныхъ температуръ. Но не мене, если не боле 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, вс эти способы основаны на одной и той же основной иде. Эти способы суть: плавленіе или раствореніе твердыхъ тлъ, испареніе жидкостей и, наконецъ, расширеніе газовъ. Чтобы понять значеніе этихъ трехъ способовъ и общность того принципа, на которомъ они основаны, слдуетъ вспомнить, что теплота можетъ быть затрачена на производство работы, причемъ сама теплота какъ бы безслдно исчезаетъ. Такъ, напр., исчезаетъ часть теплоты водяныхъ паровъ, когда они въ цилиндр паровой машины, расширяясь, толкаютъ поршень и при этомъ вертятъ колеса или винты пароходовъ, двигаютъ позда или приводятъ въ движеніе разнообразныя машины на фабрикахъ и заводахъ. Пары, производя работу, охлаждаются, движеніе парохода, позда или разныхъ машинъ возникаетъ какъ бы на счетъ движенія частицъ пара. Это движеніе частью расходуется, т. е. длается боле медленнымъ, а это, какъ мы видли, и означаетъ, что температура пара понижается. Итакъ, если мы заставимъ тло производить работу безъ того, чтобы теплота, необходимая для производства этой работы, притекала извн, то тло принуждено тратить часть собственнаго запаса теплоты, оно должно охлаждаться. Вспомнимъ, что работа можетъ быть двухъ родовъ: вншняя и внутренняя. Когда паръ или газъ, расширяясь, заставляетъ двигаться какія-нибудь тла, напр., поршень въ цилиндр паровой машины или когда онъ преодолваетъ давленіе окружающаго воздуха, то онъ производитъ вншнюю работу. Но когда внутри тла происходитъ перемщеніе частицъ, иная ихъ группировка или измненіе ихъ взаимнаго разстоянія, то при этомъ совершается внутренняя работа, необходимая, чтобы преодолть т мало разгаданныя ‘силы сцпленія’, которыя дйствуютъ между частицами вещества, въ особенности твердаго и жидкаго. Когда тло нагрвается, то часть притекающей къ нему теплоты всегда расходуется на внутреннюю работу, ибо съ измненіемъ температуры, вообще говоря, мняется 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 тла. Это и есть такъ-называемая скрытая теплота плавленія и испаренія. Если мы заставимъ твердое тло перейти въ жидкое состояніе, напр., растворяя его, несли притомъ снаружи къ тлу не притечетъ теплота, то внутренняя работа будетъ произведена за счетъ запаса теплоты растворяемаго тла и растворителя, каковымъ обыкновенно служить вода, раствореніе вообще должно сопровождаться охлажденіемъ. Если такое охлажденіе не всегда наблюдается, то это объясняется тмъ, что при раствореніи нердко происходятъ химическія явленія, которыя сопровождаются выдленіемъ 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 извн. Весьма большая внутренняя работа разъединенія частицъ жидкости совершается въ этомъ случа за счетъ теплоты самой жидкости, которая, быстро испаряясь, должна сильно охлаждаться. Чтобы заставить жидкость быстро испаряться, слдуетъ при помощи воздушнаго насоса сперва разрдить воздухъ, находящійся въ данномъ сосуд надъ жидкостью, и затмъ продолжать при помощи того же насоса выкачивать пары, непрерывно поднимающіеся изъ жидкости. Всмъ извстно, 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 вншнюю работу и, какъ уже было сказано, охлаждается. Для этого удобне всего сперва сжать газъ въ крпкомъ сосуд, который снабженъ краномъ: если затмъ открыть кранъ, то газъ черезъ него начнетъ быстро выходить, причемъ остающійся въ сосуд газъ сильно охладится. Такимъ образомъ мы выяснили три способа искусственнаго охлажденія тлъ, и мы видимъ, что общая ихъ основа заключается въ томъ, что мы заставляемъ тло производить внутреннюю или вншнюю работу при отсутствіи притока тепла извн, вслдствіе чего часть теплоты тла тратится на производство работы и само тло охлаждается.
Приведемъ нсколько численныхъ примровъ, показывающихъ, какъ велико можетъ быть охлажденіе при раствореніи твердыхъ тлъ и при внезапномъ расширеніи газовъ. Если къ 100 всовымъ 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 смшать 33 части поваренной соли съ 100 частями снга, то соль и снгъ отчасти плавятся, образуя растворъ соли въ вод. При этомъ смсь можетъ охладиться отъ 0о до —21о. Если смшать почти равныя количества снга и алкоголя, то температура послдняго понижается, напр., отъ +4о до —30о. Смсь нсколько разбавленной срной кислоты (66,2 процентной) со снгомъ при 0о можетъ дать пониженіе температуры до —37о. Наконецъ, укажемъ на замчательный примръ: если 100 частей хлористаго кальція смшать съ 70 частями снга, то температура послдняго понижается отъ 0о до —55о. Изъ этихъ примровъ видно, что переходъ тлъ изъ твердаго состоянія въ жидкое можетъ служить источникомъ весьма низкихъ — въ обыденномъ смысл слова — температуръ. Еще несравненно боле низкія температуры достигаются при мгновенномъ расширеніи сжатаго газа. Предположимъ, что нкоторое всовое количество какого-нибудь газа занимаетъ опредленный 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 врны, для различныхъ газовъ должны на дл получиться не вполн одинаковыя охлажденія. Указанныя охлажденія, вообще говоря достигаются только въ моментъ весьма быстраго расширенія газа, который тотчасъ же опять нагрвается окружающими его тлами, 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 изслдованіе при очень низкихъ температурахъ, пользуясь ожижженными газами, а потоку мы прежде всего вкратц разсмотримъ вопросъ о превращеніи газовъ въ жидкое состояніе. Когда жидкость, напр., вода, спиртъ, эфиръ, испаряется, то она превращается въ газообразное тло, 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 (смсь которыхъ составляетъ воздухъ), водородъ (одна изъ составныхъ частей воды) и другіе газы. Поэтому естественно явилась мысль, что и т тла, которыя мы привыкли называть газами, суть не что иное, какъ пары нкоторыхъ жидкостей, которыя, однако, подъ обыкновеннымъ атмосфернымъ давленіемъ кипятъ при чрезвычайно низкой температур. Подвергая газы охлажденію и вдавливанію, можно было надяться привести ихъ въ жидкое состояніе. И дйствительно, нкоторые газы весьма легко превратить въ жидкости. Сюда относится срнистый газъ, образующійся при горніи сры, напр., при зажиганіи срныхъ спичекъ, и обладающій дкимъ, 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 срнистый газъ въ трубк, окруженной смсью снга и поваренной соли. При обыкновенной комнатной температур этотъ газъ превращается въ жидкость, если его подвергнуть давленію около трехъ атмосферъ. Даже при температур въ 150о онъ длается жидкимъ, если его весьма сильно сжать (до 71 атмосферы). Весьма легко превращается въ жидкое состояніе и амміакъ, растворъ котораго въ вод извстенъ подъ названіемъ нашатырнаго спирта. Первый Van Магши сгустилъ этотъ газъ, подвергая его при обыкновенной температур давленію въ шесть атмосферъ, позже Gnyton de Morvean вызвалъ ожижженіе амміака, охлаждая его при атмосферномъ давленіи. При достаточно сильномъ давленіи амміакъ длается жидкимъ даже при температур въ 125о. Срнистый 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, кром срнистаго газа и амміака, еще сроводородъ (газъ, образующійся при гніеніи органическихъ веществъ, иметъ характерный запахъ испорченныхъ яицъ), закись азота, ціанъ (входитъ въ составъ синильной кислоты), хлоръ, углекислый газъ (образующійся при полномъ горніи угля и содержащійся въ шипучихъ напиткахъ), этиленъ (или маслородный газъ, входитъ въ составъ свтильнаго газа, служащаго для освщенія) и еще цлый рядъ другихъ, не столь общеизвстныхъ газовъ. Заставляя полученныя жидкости быстро испаряться подъ колоколомъ воздушнаго насоса, Фарадей многія изъ нихъ даже перевелъ въ твердое состояніе. Онъ нашелъ, что углекисклый газъ затвердваетъ при —58о, амміакъ при —75о, срнистый газъ при —76о, сроводородъ при —86о, закись азота при —105о. Knietsch нашелъ, что при — 102о жидкій хлоръ длается твердымъ. Смсь твердой углекислоты, похожей на снгъ, съ эфиромъ или съ хлороформомъ, иметъ температуру въ —77о. Подъ колоколомъ воздушнаго насоса эта смсь охлаждается примрно до —110о, это наиболе 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 вншнее на нее давленіе. Любопытно, что объемъ жидкой углекислоты, примрно, въ 4 раза быстре мняется съ измненіемъ температуры, чмъ объемъ газовъ. Вслдствіе этого плотность жидкой углекислоты быстро мняется съ температурою: при — 34о она равна 1,06, при 0о плотность 0,91, наконецъ, при 30о она равна 0,6.
Посл всхъ 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 дн болотъ и озеръ и входитъ въ составъ свтильнаго газа), окись азота и, наконецъ, окись углерода (ядовитый гавъ, образующійся при неполномъ горніи угля, представляетъ причину такъ называемаго угара). Нмецкій ученый Netterer подвергалъ нкоторые изъ этихъ газовъ огромнымъ давленіямъ, причемъ ему, однако, не удалось превратить ихъ въ жидкое состояніе. Въ настоящее время причина этой неудачи вполн выяснена. Чтобы ее понять, мы должны обратиться къ разъясненію того, что называется критическою температурою. Оказывается, что для каждаго вещества существуетъ опредленная 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 нкоторыхъ веществъ. Для срнистаго газа она равняется 156о, съ чмъ 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. Послднее число показываетъ, напр., что при температур 141о хлоръ ни при какомъ давленіи не переходить въ жидкое состояніе. Примры боле низкихъ критическихъ температуръ суть слдующіе: критическая температура хлористо-водороднаго газа, растворъ котораго въ вод называется соляной кислотой, находится при 51о. Дале, имемъ, напр., такія критическія температуры: для закиси азота 36о, для углекислаго газа 31о, для этилена 10о и т. д. Мы видимъ изъ послднихъ чиселъ, что углекислый газъ можетъ быть превращенъ въ жидкость только при температур ниже 31о. Существованіе критической температуры для каждаго вещества вполн выясняетъ, почему долгое время не удавалось превратить въ жидкое состояніе упомянутые выше шесть постоянныхъ газовъ, критическія температуры которыхъ нын намъ извстны. 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, вроятно, около —234о. Опыты Natterer‘а и другихъ, очевидно, производились при температурахъ, которыя были выше критическихъ температуръ соотвтствующихъ 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 затмъ подвергать надлежащему сжатію, что, во всякомъ случа, сдлать не легко, или же, охладивъ и сгустивъ его елико возможно, подвергнуть внезапному расширенію. При такомъ расширеніи происходитъ, какъ мы видли, сильное охлажденіе, вслдствіе 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 конц 1877 г., когда были опубликованы почти одновременно работы Cailletet и Pictet. Об работы были доложены парижской академіи наукъ въ одинъ и тотъ же день, а именно 24 декабря 1877 г. Cailletet сжималъ газъ въ трубк, окруженной охладительною смсью, между прочимъ, онъ подвергалъ окись углерода и кислородъ давленію въ 300 атмосферъ, при температур —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 трубк образовывался туманъ и даже замчались струйки жидкости на внутренней стнк самой трубки. Какъ туманъ, такъ и эти струйки исчезали весьма быстро. Дальнйшіе опыты Cailletet дали ему возможность наблюдать подобные же туманы при опытахъ съ воздухомъ, азотомъ и съ водородомъ. Такимъ образомъ, не подлежитъ сомннію, что Cailletet удалось обнаружить переходъ названныхъ выше газовъ въ жидкое состояніе. Въ 1882 г. Cailletet окружилъ трубку, содержащую изслдуемый газъ, жидкимъ этиленомъ, температура котораго около —102о, при такомъ предварительномъ охлажденіи переходъ кислорода въ жидкое состояніе при его расширеніи сдлался уже весьма хорошо замтнымъ. При помощи метода Cailletet удалось впослдствіи превратить въ жидкое состояніе смсь кислорода и озона, причемъ озонъ образовалъ жидкую каплю синяго цвта.
Pictet пользовался гораздо боле сложнымъ методомъ и несомннно, что ему съ самаго начала удалось идти дальше, чмъ Cailletet. Мы не станемъ подробно описывать довольно сложнаго прибора Pictet и ограничимся указаніемъ на главныя его части. Pictet подвергалъ испытуемый газъ давленію до нсколькихъ сотъ атмосферъ внутри трубки, окруженной жидкою углекислотою, которая при помощи воздушнаго насоса подвергалася весьма быстрому испаренію. При этомъ температура жидкой углекислоты опускается до —130о. Впослдствіи Pictet замнилъ углекислый газъ закисью азота, которая, находясь въ жидкомъ состояніи и быстро испаряясь подъ дйствіемъ воздушнаго насоса, охлаждаетъ трубку съ испытуемымъ газомъ до —140о. Открывая кранъ, находящійся на одномъ конц 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 видлъ также синеватую струю жидкаго водорода, производившую даже при удар объ полъ звукъ, напоминавшій удары металлическихъ предметовъ. Однако, въ настоящее время нельзя сомнваться въ томъ, что Pictet не могъ получить въ своихъ опытахъ жидкаго водорода. Впослдствіи Pictet устроилъ въ Берлин ‘лабораторію низкихъ температуръ’, въ которой сгущеніе газовъ производится въ широкихъ размрахъ. Подобную же лабораторію устроилъ Kamerlingb Оппез въ Лейден.
Въ 1883 г. появилась первая работа Вроблевскаго и Ольшевскаго, которые затмъ продолжали работать независимо другъ отъ друга. Вроблевскій скончался въ 1886 г. отъ ожоговъ, причиненныхъ упавшею на него керосиновою лампою. Методъ, которымъ пользовался Вроблевскій. представляетъ видоизмненіе метода Cailletet. Охладителемъ здсь служилъ жидкій этиленъ, испарявшійся при низкомъ давленіи, т. е. подъ дйствіемъ 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 прибор Вроблевскаго легко сгущался въ жидкость при температур 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 прибор Вроблевскаго. Тогда этотъ ученый пошелъ еще дальше, воспользовавшись для охлажденія трубки, содержащей сжатый испытуемый газъ, жидкимъ кислородомъ, полученнымъ въ другомъ прибор. Заставляя жидкій кислородъ быстро испаряться подъ давленіемъ въ 20 мм. ртутнаго столба, онъ понизилъ его температуру до —200о. Интересно, что при этой температур жидкій кислородъ не затвердваетъ. 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 температур затвердваетъ. 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 затвердваетъ. Критическая температура воздуха оказалась равною —142о. Когда жидкій воздухъ кипитъ подъ атмосфернымъ давленіемъ, то его температура понижается до —198о, при чемъ азотъ выдляется быстре, чмъ кислородъ, такъ что остающаяся жидкость длается все боле и боле богатою кислородомъ и не затвердваетъ. Ольшевскій нашелъ, что жидкій метанъ кипитъ подъ атмосфернымъ давленіемъ при —164о, и затвердваетъ при —186о. Точка кипнія окиси азота —154о, а при —157о это вещество затвердваетъ. Ольшевскій, повторяя опыты съ азотомъ, нашелъ, что азотъ затвердваетъ при —214о, а не при — 203о, какъ полагалъ Вроблевскій. Заставляя жидкій азотъ испаряться при весьма слабомъ вншнемъ давленіи въ 4 мм., ртутнаго столба, Ольшевскому удалось охладить его до —225о. Кислородъ и при этой температур не затвердваетъ. Сгущеніе водорода въ жидкость удалось лишь недавно. Теоретическія изслдованія Натансона показали, что критическая температура водорода должна находиться около —234о и точка кипнія жидкаго водорода подъ атмосфернымъ давленіемъ около —244о. Только въ 1895 г. Ольшевскому удалось опредлить 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 замчалъ бурное кипніе во всей масс водорода. Такимъ способомъ онъ нашелъ, что критическая температура водорода находится при —234о,5, и что его точка кипнія подъ атмосфернымъ давленіемъ равна —243о,5. Оба числа замчательно близки къ тмъ, которыя теоретически были предсказаны Натансономъ. Когда былъ открытъ аргонъ (составная часть воздуха), Ольшевскій подвергъ этотъ газъ изслдованію, онъ нашелъ, что критическая температура аргона находится при —121о, точка кипнія подъ атмосфернымъ давленіемъ — 187о. Плотность жидкаго аргона около 1,5. Испаряясь при уменьшонномъ давленіи, аргонъ затвердваетъ при —189о,6.
Всмъ извстно, что недавно былъ открытъ еще новый, весьма легкій газъ, который уже давно былъ извстенъ астрономамъ, какъ одна изъ составныхъ частей фотосферы солнца, гд его присутствіе было обнаружено спектральными изслдованіями. Этотъ газъ былъ названъ геліемъ. Присутствіе его на земл было открыто въ 1896 г. Получивъ небольшое количество этого газа, Ольшевскій сжималъ его до 140 атмосферъ, охлаждалъ до —182о,5 и затмъ 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 послдняя температура наиболе 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 боле приблизиться къ предполагаемому абсолютному нулю — вотъ вопросъ, нын 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 слдуетъ слишкомъ удивляться, если въ одинъ прекрасный день окажется, что удалось достигнуть температуры, лежащей еще ниже —273о.
Въ Германіи Linde построилъ замчательный приборъ (описанъ въ 1896 г.), непрерывно дающій жидкій воздухъ въ количеств нсколькихъ литровъ въ теченіе каждаго часа. Не вдаваясь въ подробное описаніе прибора Linde, замтимъ только, что охлажденіе воздуха въ немъ вызывается исключительно путемъ многократнаго расширенія, изъ которыхъ каждое, какъ мы видли 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. Несомннно, что способъ Linde, которымъ нын начинаютъ пользоваться и въ Англіи, иметъ большую будущность.
Въ Англіи въ особенности Dewar и Fleming занимаются различными вопросами, относящимися къ физик низкихъ температуръ. Dewar’у удалось достигнуть, между прочимъ, затвердванія воздуха. Изъ другихъ ученыхъ упомянемъ еще Estreicher’а, который нашелъ, что хлористый водородъ затвердваетъ при —11 г. бромистый водородъ при —88о и іодистый водородъ при —50о8.
Прежде чмъ перейти къ вопросу о явленіяхъ, которыя обнаруживаются при достигнутыхъ нын весьма низкихъ температурахъ, скажемъ нсколько словъ о томъ, какимъ образомъ эти температуры измряются. Ртутный термометръ, какъ извстно, перестаетъ дйствовать при —39о, когда ртуть замерзаетъ. Спиртъ затвердваетъ при —130о. Но измненіе объема этого вещества происходитъ при измненіи температуры столь неправильно, что нтъ возможности пользоваться термометрами, содержащими спиртъ, для измренія низкихъ температуръ. Такіе температуры могутъ быть измрены тремя способами: водороднымъ термометромъ, опредленіемъ 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 температур среды, въ которой этотъ термометръ помщенъ.
Электрическое сопротивленіе платиновой проволоки уменьшается съ пониженіемъ температуры, и если законъ этого пониженія для данной проволоки предварительно былъ изученъ, то уже легко опредлить температуру среды, помщая въ нее эту же проволоку и измряя извстными способами ея электрическое сопротивленіе.
Термоэлектрическій способъ заключается въ слдующемъ. Представимъ себ дв проволоки изъ различнаго матеріала, напр., одну желзную, другую мдную, и спаяемъ оба конца одной проволоки съ обоими концами другой. Если температуры полученныхъ такимъ образомъ двухъ спаевъ неодинаковы, то въ замкнутомъ кругу цпи, образованномъ обими проволоками, появляется электрическій токъ, сила котораго зависитъ отъ разности температуръ обоихъ спаевъ. Помщая одинъ спай въ среду, температура которой извстна, напр., въ тающій ледъ, и измряя силу электрическаго тока въ проволокахъ, можно опредлить температуру другого спая, помщеннаго въ среду неизвстной температуры. Holborn и Wien въ 1896 г. пользовались спаемъ двухъ проволокъ, изъ которыхъ одна была желзная, а другая изъ новаго сплава, названнаго константаномъ. При помощи такого спая они нашли, напр., что эфиръ затвердваетъ при —117о,6, сроуглеродъ при —112о,8, амміакъ при —78о,3. Karnerlingh — Onnes пользуется въ своей лабораторіи, о которой было сказано выше, водороднымъ термометромъ, и, кром того, термоэлектрическимъ методомъ, при чемъ одна изъ его проволокъ изъ мди, другая изъ нейзильбера. Замтимъ, что по изслдованіямъ Kohlrauseh’а, можно устроить термометръ, весьма удовлетворительно дйствующій при очень низкихъ температурахъ, если его наполнить тою смсью углеводородовъ, которая въ продаж извстна 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 послдніе два года, мы теперь вкратц и разсмотримъ. Мы оставляемъ совершенно въ сторон интересныя изслдованія 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 вопрос о вліяніи низкихъ температуръ на явленія химическія. Укажемъ только на то, что при весьма низкихъ температурахъ почти вс химическія реакціи прекращаются, такъ что тла, которыя при обыкновенной температур весьма энергично химически дйствуютъ другъ на друга, при весьма низкихъ температурахъ могутъ находиться въ соприкосновеніи между собою, не подвергаясь никакимъ измненіямъ. Ограничиваемся двумя примрами. Всякому извстно, что металлы растворяются въ кислотахъ, и что химическая реакція происходитъ особенно энергично, когда металлъ натрій дйствуетъ, напр., на соляную кислоту. Оказывается, что если даже безводную соляную кислоту охладить до очень низкой температуры и затмъ опустить въ нее кусочекъ металлическаго натрія, то эти два тла вовсе другъ на друга не дйствуютъ. Другой примръ, еще боле замчательный. Химики давно знали о существованіи особаго газообразнаго тла, названнаго фторомъ и входящаго въ составъ плавиковаго шпата, плавиковой кислоты и т. д. Это вещество въ высшей степени энергично химически дйствуетъ на всевозможныя тла, въ томъ числ на вс металлы, на стекло и т. д., вслдствіе чего до недавняго времени не удавалось получить его въ чистомъ вид. Въ конц 1897 года были опубликованы первые результаты замчательной работы, произведенной совмстно французомъ Moissan’омъ и англичаниномъ Dewar’омъ надъ ожижженіемъ фтора. Оказалось, что фторъ не дйствуетъ на стнки стекляннаго сосуда, охлажденнаго жидкимъ кислородомъ. Когда заставили жидкій кислородъ быстро испаряться, такъ что температура понизилась до —185о, фторъ превратился въ свтло-желтую жидкость. Уголь, сра, фосфоръ, желзо и кремній, на которые фторъ при обыкновенной температур весьма сильно дйствуетъ, остаются неизмнными, если погрузить ихъ въ жидкій фторъ. Если фторъ ввести въ жидкій кислородъ, то образуется блый осадокъ, составъ котораго пока еще неизвстенъ.
Итакъ, разсмотримъ вкратц результаты изслдованія различныхъ физическихъ явленій, происходящихъ при низкихъ температурахъ. Большинство этихъ изслдованій принадлежитъ англійскому ученому Dewar’у и его сотрудникамъ Fleming’у и Liveing’у и относится къ температур испаряющагося жидкаго кислорода, т. е. къ температур около — 180о.
I. Dewar изслдовалъ сопротивленіе разрыву металлическихъ проволокъ, т. е. то натяженіе, подъ вліяніемъ котораго проволока рвется. Результаты этого любопытнаго изслдованія помщены въ нижеслдующей табличк. Діаметръ нкоторыхъ 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.
Числа этой таблички показываютъ, что почти для всхъ металловъ сопротивленіе разрыву гораздо больше при —182о, чмъ при +15, особенно замчательны желзо, олово, свинецъ, паяльный сплавъ и сплавъ Wood’. Ртуть при —182о крпче 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 сосднихъ частей жидкости неодинаковая, вслдствіе чего между этими частями происходитъ треніе. Существуютъ различные способы для измренія этого внутренняго тренія, которое въ различныхъ жидкостяхъ весьма различное. На этихъ способахъ мы не останавливаемся. Dom и Voellmer соизмряли (1897) внутреннее треніе соляной кислоты (24,3 проц.) и раствора (1,56 проц.) хлористаго литія въ алкогол при —79о,3. Они нашли, что при этой низкой температур внутреннее треніе соляной кислоты въ 55 разъ больше, а раствора хлористаго литія въ 8,9 разъ больше внутренняго тренія тхъ же жидкостей при 15о, 5
III. Dewar помщалъ мыльные пузыри, отливавшіе радужными цвтами и, слдовательно, весьма тонкостнные, въ парахъ кипящаго кислорода. Они при этомъ затвердвали, сохраняя радужные цвта.
IV. Dewar изслдовалъ преломленіе лучей въ жидкомъ кислород, 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. Всмъ извстно, что нкоторыя вещества свтятся въ темнот, когда они предварительно были подвергнуты достаточно сильному освщенію, мы говоримъ, что эти тла фосфоресцируютъ. Особенно сильно фосфоресцируютъ нкоторыя соединенія сры съ металлами кальцій, барій и стронцій. Этими соединеніями иногда покрываютъ подсвчники, спичечницы и т. п., которые ночью слабо свтятся, если они днемъ были освщены. Кром того, существуетъ огромное число тлъ, которыя посл освщенія въ темнот испускаютъ весьма слабый и непродолжительный свтъ. Сюда относятся желатина, целлулоидъ, параффинъ, слоновая кость, рогъ, каучукъ и весьма многія другія вещества. Dewar и другіе ученые изслдовали вліяніе низкихъ температуръ на явленія фосфоренценціи. Оказалось, что какъ разъ вещества, сильно фосфоресцирующія при обыкновенной температур, напр., срнистый кальцій, перестаютъ свтиться при —80о. Но если ихъ сперва освтить при этой низкой температур и затмъ нагрть въ темнот, то они начинаютъ свтиться. Наоборотъ, желатина, рогъ и другія названныя выше вещества сильно фосфоресцируютъ при —180о. Кром этихъ веществъ весьма сильно фосфоресцируютъ при —180о яичная скорлупа, перья, салициловая кислота и цлый рядъ органическихъ веществъ. Если двойную ціанистую соль аммонія и платины освтить при —180о электрическимъ свтомъ, то она въ темнот фосфоресцируетъ весьма слабо. Но если затмъ вынуть эту соль изъ жидкаго кислорода, такъ что она быстро нагрется, то она начинаетъ свтиться ‘какъ лампа’.
VI. Фотографія. Фотографическая пластинка остается чувствительною къ свту когда ее охладить до —180о, хотя ея чувствительность при этой температур уже въ 5 разъ меньше, чмъ при обыкновенной температур. Даже при —200о свтъ еще дйствуетъ на такую пластинку, хотя при этой температур вообще вс химическія дйствія прекращаются.
VII. Телопрозрачность. Каждое тло испускаетъ при всякой температур лучи, невидимые для нашихъ глазъ, эти лучи представляютъ, какъ и видимые лучи свта, сотрясенія эфира, распространяющіяся во вс сторону со скоростью свта (300.000 километровъ въ секунду), и образующіяся (какъ и лучи свта) за счетъ того теплового движенія частицъ тла, о которомъ было сказано выше. Они отличаются отъ видимыхъ лучей свта только тмъ, что сотрясенія эфира происходятъ въ нихъ медленне, чмъ въ лучахъ свта. Можно сказать, что эти лучи, которые совершенно неправильно принято называть тепловыми, относятся къ лучамъ видимымъ, какъ низкіе тоны относятся къ боле высокимъ. Тла, пропускающія черезъ себя эти лучи, называются теплопрозрачными (названіе также неправильное). Pictet нашелъ, что при температурахъ ниже —70о непроводники тепла, въ род дерева, ваты, шерсти и т. д., длаются теплопрозрачными, и слд. перестаютъ защищать весьма холодныя тла отъ нагрвающаго дйствія окружающихъ, боле теплыхъ тлъ. Эти наблюденія требуютъ однако еще дальнйшей поврки.
VIII. Электрическое сопротивленіе. Всмъ извстно, что металлы, уголь, а также растворы кислотъ и солей хорошо ‘проводятъ’ электричество, или, что то же самое, что эти тла обладаютъ сравнительно небольшимъ электрическимъ сопротивленіемъ. Наоборотъ, нкоторыя тла, какъ, напр., параффинъ, стекло, слюда, сра и др., суть непроводники электричества (изоляторы), эти тла обладаютъ слд. весьма большимъ электрическимъ сопротивленіемъ. Dewar и Fleming, Holborn и Wien и др. изслдовали вліяніе низкихъ температуръ на электрическое сопротивленіе различныхъ веществъ. Замтимъ, что при обыкновенныхъ температурахъ сопротивленіе металловъ увеличивается при нагрваніи, сопротивленіе же растворовъ солей и кислотъ, а также сопротивленіе угля при нагрваніи уменьшается. Оказывается, что уменьшеніе сопротивленія металловъ продолжается до самыхъ низкихъ температуръ, это уменьшеніе происходитъ такимъ образомъ, что при абсолютномъ нул, т. е. при —273о, сопротивленіе многихъ металловъ, повидимому, должно сдлаться 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, чмъ при +18о. Весьма замчательно вліяніе низкихъ температуръ на висмутъ, находящійся въ магнитномъ пол, т. е. въ пространств, въ которомъ дйствуютъ магнитныя силы, напр. между полюсами сильнаго подковообразнаго магнита. Извстно, что если при обыкновенной температур помстить висмутъ въ магнитное поле, то его электрическое сопротивленіе значительно увеличивается (примрно на 75%). Чмъ ниже температура висмута, не находящагося въ магнитномъ пол, тмъ меньше его сопротивленіе, которое, повидимому, равно нулю при —273о. Но дйствіе магнитнаго поля тмъ больше, чмъ ниже температура. Такъ, напр., при —180о сопротивленіе висмута увеличивается въ 4 1/2 раза подъ вліяніемъ магнитныхъ силъ. Dewar полагаетъ, что при абсолютномъ нул, т. е. при — 273о, сопротивленіе висмута равно нулю, а въ магнитномъ пол оно длается 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 магнетизм играетъ весьма важную роль величина, называемая магнитною проницаемостью. Эта величина, въ сущности, характеризуетъ собою способность вещества намагничиваться, если его помстить въ магнитное поле. Dewar и Fleming изслдовали (1896) магнитную проницаемость различныхъ сортовъ желза при очень низкихъ температурахъ. Оказалось, что сильное охлажденіе мало вліяетъ на магнитную проницаемость, и что эта величина при низкихъ температурахъ для нкоторыхъ сортовъ желза больше, для другихъ — меньше, чмъ при температурахъ обыкновенныхъ. Жидкій кислородъ есть тло магнитное, хотя и въ очень слабой степени. Его магнитная проницаемость оказалась равною 1,00287 (въ пустот магнитная проницаемость равна единиц, для желза, наиболе магнитнаго тла, она можетъ доходить до 1700).
X. Индуктивная способность. Всмъ извстно, что тла, одинаково наэлектризованныя, взаимно отталкиваются. Вообразимъ хотя бы два мдныхъ шарика, которые одинаково наэлектризованы, они отталкиваютъ другъ друга съ нкоторою опредленною силою. Оказывается, что эта сила зависитъ отъ окружающей среды, т. е. отъ того вещества, внутри котораго оба шарика находятся. Вообще отталкиваніе во всякой сред лсемьше, чмъ въ пустот или, что почти одно и то же, чмъ въ воздух. Такъ, напр., отталкиваніе нашихъ шариковъ уменьшится въ 3 раза, если ихъ изъ воздуха перенести въ оливковое масло (не мняя, конечно, ихъ разстоянія другъ отъ друга и количества электричества на ихъ поверхностяхъ), въ рициновомъ масл оно уменьшается въ 4,7 раза, въ вазелиновомъ масл въ 2 раза, въ сроуглерод въ 2,6 раза и т. д. Число, показывающее, во сколько разъ взаимодйствіе наэлектризованныхъ тлъ, помщенныхъ въ нкоторое вещество, меньше, чмъ въ воздух, называется индуктивною способностью (или діэлекрическою постоянною) этого вещества. Такъ, напр., индуктивная способность оливковаго масла (см. выше) 3, рициноваго масла 4,7, дале вазелиноваго масла 2, сроуглерода 2,6 и т. д. Индуктивная способность представляетъ одну изъ самыхъ важныхъ и интересныхъ величинъ, съ которыми иметъ дло современная физика. Одна изъ причинъ заключается въ слдующемъ: великій англійскій ученый Clark Maxwell показалъ, что для немагнитныхъ веществъ индуктивная способность должна равняться квадрату показателя преломленія лучей, соотвтствующихъ наиболе медленнымъ колебаніямъ эфира или весьма большой длин 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 дйствительно, такое равенство подтвердилось для многихъ веществъ, но далеко не для всхъ. Такъ, напр., индуктивная способность воды близка къ 80, алкоголя около 27, между тмъ какъ коеффиціенты преломленія воды 1,33, алкоголя 1,36. Оказалось, однако, что электрическіе лучи Герца имютъ въ этихъ средахъ огромные коеффиціенты преломленія, квадраты которыхъ дйствительно близки къ числамъ 80 и 27. Abegg изслдовалъ (1897) индуктивную способность при низкихъ температурахъ и нашелъ, что она значительно превышаетъ ту же способность при обыкновенной температур. 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 опредлили (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 опредлилъ коеффиціентъ преломленія жидкаго кислорода (при —180о) и нашелъ его равнымъ 1,2181 для лучей съ большою длиною волны. Квадратъ этого числа равенъ 1,484. Дале Dewar опредлилъ 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, дйствительно очень близкое къ 1,484.
Этимъ мы оканчиваемъ обзоръ новйшихъ изслдованій, относящихся къ ‘физик низкихъ температуръ’.