Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 115
Текст из файла (страница 115)
и Джиоком в 1927 г. Эти ученые воспользовались тем, что при размагничении парамагнетика в адиабатических условиях его температура понижалась. Охлаждая таким образом парамагннтную соль (температура которой предварительно понижалась до возможных пределов), удалось достичь температуры порядка 0,01 К. В настоящее время физика низких температур выделилась в самостоятельную область науки со своими специфическими экспериментальными и теоретическими методами.
Большую роль в ее развитии сыграли труды советских ученых. Блестящие труды П. Капицы по разработке методов и аппаратуры для сжижения газов, открытие сверхтекучести жидкого гелия принесли ему заслуженную известность, Спустя несколько лет после открытия Капицы Л, Ландау создал квантовую теорию жидкого гелия, получившую всеобщее признание. Исследования Капицы и Ландау были выполнены в период 1938 — 1941 гг. В предвоенные годы проблема жидкого гелия стала одной из центральных проблем физики. Теория сверхтекучести жидкого гелия, развитая Ландау, охватывала широкий круг вопросов, связанных с этой проблемой. Было показано, что особенности жидкого гелия не могут быть объяснены классическими представлениями, но что они могут быть понятны в рамках квантовых представлений. Ландау предсказал, что в жидком гелии (так называемом Не 11) Капица Петр Леонидович (р. 1894) Советский физик. Родился в Кронштадте.
Образование получил в Петроградском Политехническом институте, который окончил в !918 г., и там же начал свою научную деятельность. В 192! г. был направлен в научную командировку в Англию, где с !924 по 1932 г. был заместителем директора Кавендишской лаборатории. В 1930 †!934 гг. директор Мондовской лаборатории в Кембридже. С 1935 по 1946 г. и с 1955 г. директор основанного им в Москве Института физических проблем. Капица — автор фундаментальных исследований в области физики низких температур. 419 должны существовать два вида волн, распространяющихся с различными скоростями: обычные звуковые волны, имеющие скорость и=237 м/с, почти независящую от температуры, и волны так называемого второго звука (незатухающие колебания температуры или энтропии), зависящие от температуры.
При температуре 2,17 К (так называемая )с-точка) в жидком гелии, находящемся под давлением насыщенных паров (-5,03 104 Па), происходит фазовый переход второго рода. В Х-точке скорость второго звука равна нулю, а при Т=О она стремится к значению и)'3. В 1944 г. В. П. Пешков обнаружил второй звук экспериментально. Тогда же он предсказал существование второго звука и в твердом теле, Следует отметить, что рост теплоемкости при приближении к Х-точке происходит по логарифмическому закону с-1и ~ Т вЂ” Тх,'. Общая теория сверхтекучести разрабатывалась рядом ученых как в Советском Союзе, так и за рубежом з'.
В 41. Развитие теории реальных газов. Исследования Ван-дер-Ваальса До сих пор рассматривались экспериментальные исследования, связанные с изучением свойств реальных газов. В тесной связи с этими исследованиями стали появляться и теоретические работы, в которых делались попытки на основе известных представлений о природе молекул и молекулярных сил объяснить физическую сущность критических явлений и получить уравнение состояния реального газа. Выше уже указывалось, что отклонения от закона Бойля— Мариотта были обнаружены вскоре после открытия этого закона.
Однако лишь в середине прошлого века были сделаны первые попытки как-то количественно описать эти отклонения путем вве-- дения в уравнение Бойля — Мариотта поправок. Некоторые из полученных таким путем уравнений были приве- лены вышезо. Все эти попытки былъ в достаточной степени случайными и не основывались на сколько-нибудь убедительном теоретическом фундаменте. Еще позже стала очевидной связь между свойствами реального газа и критическими явлениями.
Развитие теории реальных газов можно датировать с момента появления классической диссертации голландского физика Вандер-Ваальса «Непрерывность газообразного и жидкого состояния» (1873). Максвелл говорил об авторе этой работы: «Он так талантливо и сильно взялся за зтот трудный вопрос, что его исследование даст, вероятно, заметный толчок развитию учения о молекулярном строении тел. Йесомненно, зта диссертация заставила льногит исследователей изучить голландский язык, на котором она написана» " О работах советских физиков см, в кнл Развитие физики в СССР. Книга первая, М., 1967.
" Сводку большого числа различных уравнений состояния см. в монографии: В у к а лов ич М. П., Новиков Н. Н. Уравнение состояния реальных газов. М.— Л., 1948. 420 рованный Ван-дер-Ваальсом з а ко н со о т в е тот в е н н ы х с о с т о я н и й: если равны какие-либо два приведенных параметра двух веществ, то равны и их третьи приведенные парал1етрьи Этот закон получил применение при обработке экспериментальных данных, относящихся к критическим явлениям. Вскоре после того как физики познакомились с идеями голландского ученого, стали появляться работы, авторы которых ставили своей задачей дальнейшее развитие его идей, С каждым годом количество работ в области теории реальных газов лавинообразно нарастало.
Прежде чем остановиться на тех направлениях, по которым пошло дальнейшее развитие этой теории, небезынтересно вместе с Ван-дер-Ваальсом проследить тот путь, по которому он пришел к своему замечательному открытию. В нобелевской речи в Стокгольме, произнесенной )2 декабря )9!О г., Ван-дер-Ваальс следующим образом рассказал о тех идеях, которые привели его к уравнению состояния реальных газов: «Первый толчок к проблеме всей моей жизни я получил при знакомстве после моих университетских занятий с работой Клаузиуса 1857 т.
о роде движения, которое »~ы называем теплотой... Работа Клаузиуса была для меня настоящим откровением; одновременно мне пришло на мысль; если газ в крайне разреженном состоянии, когда объем настолько велик, что молекулы можно рассматривать как точки, состоит из маленьких телец, находящихся в движении, то са»ю собой понятно, что то же имеет место и тогда, когда объем делается меньше; то же должно иметь место также и в случае крайнего сжатия газа и даже для так называемых жидкостей, которые можно рассматривать как газы при низкой температуре.
ййне пришло также в голову, что между газообразным и жидким состояниями материи нет существенного различия„. Таким образом, я пришел и мысли о непрерывности., Два обстоятельства, на которые я указывал как на причину того, что в неразреженном состоянии агрегат движущихся частиц не следует закону Бойля; !) притяжение между частицами, 2) объем самих частиц» ". Учтя оба этих фактора, Ван-дер-Ваальс вывел уравнение состояния как обобщение уравнения, выражающего закон Бойля— Мариотта: р+ — ') !)т — ь) - кт. (: Весьма важно отметить методологическую сторону исследований голландского ученого, а именно его твердую уверенность в реальном существовании атомов и молекул.
В 70-х годах Х!Х в., как мы помним, атомистическая гипотеза большинством ученых еще не прянималась всерьез, не говоря уже о вере в реальность атомов. Ван-дер-Ваальс был в числе тех немногих физиков, которые не разделяли такую точку зрения, Незнание структуры молекул,— говорил ок,— «отнюдь не вредит нашей вере в их реальное существование. Когда я начинал работать, у меня было такое ь' В як-дер-В вальс Я. Уравнение состояния.— ЖРФХО, часть химическая, !911, т. 43. 422 впечатление, что я почти придерживался этого мнения.
И когда я еще в !873 т. определил их число в грамм-молекуле, их размеры и род движения, я еще больше укрепился в своем мнении; но все же мне приходил в голову внутренний вопрос: не представляют ли молекулы в конце концов лишь умственное построение и вся молекулярная теория не есть ли просто умственное хитросплетение? Я полагаю, что не скажу слишком много, если констатирую, что в настоящее время действительное существование молекул пользуется общим признанием физиков. Многие из тех, кто всего более восставал против этого убеждения, в конце концов примирились с ним, и тому, смею думать, много содействовала моя теория., Всякий, кому известны труды Больцмана и Вилларда Гиббса, согласится с тем, что физики высокого авторитета держатся того мнения, что толико таким путем можно сделать понятными запутанные явления в учении о теплоте» 'з.
Уже вскоре после опубликования исследования Ван-дер-Ваальса некоторыми учеными было показано, что предложенное им уравнение не точно, причем предполагалось, что эта неточность есть просто следствие предположения о постоянстве величин а и Ь. Первые попытки улучшения уравнения состояния реальных газов основывались больше на формальных моментах при сохранении основных предпосылок теории Ван-дер-Ваальса. Однако на' этом пути существенных результатов получить не удалось.
Принципиально новая идея была выдвинута самим Ван-дер-Ваальсом в 1910 г.— гипотеза об ассоциации газовых молекул. Позже эта идея развивалась и другими авторами. Иное направление в теории реальных газов развивал Клаузиус, пытавшийся дать обоснование уравнению состояния Ван-дер-Ваальса на основе метода вириала. Все же это были отдельные попытки, более или менее удачные, не дававшие общего решения проблемы в целом. Только после создания Гиббсом общей статистической механики появилась возможность построения теории реальных газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
