Вблизи абсолютного нуля - [9]

Вот, например, водород превращается в жидкость и кипит при — 252 °C. Сколько это будет по Кельвину?

— 252 + 273 = 21° К.

Можно произвести и обратный подсчет.

21° К = 21 — 273 = — 252 °C.

Абсолютная шкала температур очень удобна. Но применяется она в основном, когда дело имеют с очень низкими температурами. А в наших обычных земных условиях немного смешно говорить, скажем, что температура 293 градуса. А на самом деле это наши 20 градусов Цельсия!

Не так уж и жарко!

Зато там, где пока что оперируют большими минусовыми температурами, конечно, удобнее вести более простой счет.

Но дело не только в этой простоте. Существуют серьезные научные основания, для того чтобы считать шкалу Кельвина самой удобной и самой строгой с точки зрения науки.

Так и будем знать.

Вот теперь мы познакомились с абсолютным нулем. И можно начать главное, для чего мы и затеяли этот разговор. Можно начать путешествие к абсолютному нулю.

Но наше путешествие будет необычным. Мы не просто собираемся познакомиться с чудесами сверххолода, побывать где-то рядом с абсолютным нулем. Нет, мы хотим еще научиться понижать температуру.

Правда, организовать получение сверххолода «на дому» вряд ли удастся. Но как интересно узнать о работе фабрик жидкого воздуха, холодильных машин, необычных установок, с помощью которых можно совсем близко приблизиться к абсолютному нулю.

Значит, решено. Едем вниз по шкале температур от нуля Цельсия к нулю абсолютному.

На нашем пути будут остановки. Мы посмотрим, как работают всевозможные холодильные машины. Как различные вещества преобразуются в холоде. А потом снова вниз по шкале, к абсолютному нулю!

Но сначала еще немного физики.

Как отнять тепло у тела

Знаете ли вы, что такое работа? Странный вопрос, не правда ли?

На первый взгляд с такими вопросами можно обращаться только к лодырям или тунеядцам, наставляя их на путь истинный. Любой человек с детских лет знает, что такое труд и работа.

И это понятие «работа», в общем, совпадает с тем, что под «работой» понимают в физике. Работу совершает каждый из нас. Разница одна. Для обыденной жизни одна работа будет полезной, а другая нет. Для физики же и танцы, и физическая зарядка, и ходьба — все это работа. Только надо добавить, что и человек, и животное, и любое физическое тело, совершая работу, или тратит часть своей энергии, или все время получает эту энергию откуда-то со стороны. Чтобы камень полетел, надо его кинуть или поднять повыше, а потом опустить. Чтобы забить молотком гвоздь, надо сильно ударить его.

Если приходится много работать, человеку необходимо хорошо поесть. На голодный желудок работать трудно. Человек питается, продукты питания превращаются в питательные вещества, увеличивают его внутреннюю энергию. А машины?

Паровоз жжет уголь, автомобиль — бензин, электромоторы расходуют электричество, которое поставляет им электрическая сеть.

Значит, всякое тело, работая, тратит часть своей энергии. Расходует то, что получает со стороны, или… В самом деле, а что будет, если энергии извне не поступит? Тело или не сможет совершить работу, или должно будет расходовать свою собственную внутреннюю энергию. А при этом тело должно остывать. Ведь именно внутренняя энергия связана с температурой тела. Это мы с вами уже знаем. Значит, чтобы понизить температуру тела, надо заставить его поработать. И, конечно, постараться сделать так, чтобы не помешал приток тепла со стороны. Ведь если оставить охлажденное тело в покое, к нему со всех сторон понесется тепло. Мы уже знаем об этом основном свойстве тепловой энергии — не оставлять никого в беде, согревать все кругом!

Иногда кажется, что не всякое тело можно заставить работать. Что, например, сделаешь с тем самым лежачим камнем. Под него, как говорится, и вода не течет. А между тем работа кипит в этом тихом, безмятежно расположившемся камне. Молекулы двигаются, внутренняя энергия есть, и притом немалая.

Как же до нее добраться?

Для твердых тел это нелегко сделать. А вот жидкости и особенно газы гораздо покладистее. Газы, например, особенно охотно отдают энергию. Этим и пользуются ученые и инженеры-конструкторы различных холодильных установок. Вся техника сверххолода основана на охлаждении газов. У них, оказывается, нетрудно забрать тепло, отнять энергию, иногда даже большими порциями.

Самое интересное, что газы в стране холода фигурируют как два лица.

Во-первых, сверххолод получают, пользуясь различными свойствами газов, а во-вторых, используют его в технике чаще всего для сжижения газов. Ведь вблизи абсолютного нуля не остается «в живых» ни одного газа. Они превращаются в жидкости, даже в твердые тела…

Газ может совершать два вида работ. Внешнюю, когда видно, что он, собственно, делает: скажем, двигает поршень, вращает турбину. И внутреннюю — когда только по тому, что падает температура газа, мы догадываемся о происходящем.

Мы уже знаем твердо — чтобы понизить температуру газа, надо заставить его совершить работу! Внешнюю, чтобы он «работал» на наших глазах. Или внутреннюю, когда на вид газ бездействует. Но в том и другом случае температура газа понизится.

А это нам и нужно!