Горизонты техники для детей, 1965 №3

Конструкция домика-лаборатории Жака Кусто вызывает огромный интерес у океанографов, физиков, химиков, биологов и ученых различных специальностей.

Сегодня мы хотим познакомить вас, ребята, с жизнью и деятельностью двух польских ученых — Кароля Ольшевского и Зигмунта Врублевского, чьи имена навсегда вошли в историю мировой науки.

Оба ученых в конце прошлого столетия были профессорами старейшего в Европе Ягеллонского университета в Кракове. Оба посвятили свою жизнь науке, работая над сжижением газов.

Чтобы лучше понять важность достижений польских ученых, давайте вспомним несколько основных законов физики и химии.

Известно, что в природе материя может существовать в трех различных видах: как твердое тело, жидкость или газ. Путем подогрева твердое тело можно превратить в жидкость (например, таяние льда, плавка металлов), а жидкости — в газы (например, испарение воды, бензина, спирта и т. п.). Такие изменения называются фазовыми переходами и повседневно встречаются в природе. Никого не удивляет также и тот факт, что обратные переходы (например, конденсация пара, замерзание воды, застывание расплавленных металлов) происходят при охлаждении. Путем небольшого охлаждения удалось сжижить, то есть превратить в жидкость, такие газы, как хлор, углекислый газ и некоторые другие. Опыты показали, что сжижать газ можно не только понижением температуры, но и за счет увеличения давления.

Ученые заметили, что применяя одновременно охлаждение и сжатие, можно превратить в жидкость почти все газы. Слово «почти» не было случайным: семь газов никак не удавалось сжижить. Непослушными газами оказались водород, азот, кислород, воздух, метан, окись азота и окись углерода. Им было поэтому дано название стойких газов.

Превращение стойких газов в жидкости стало основной целью работ польских ученых Врублевского и Ольшевского.

Как получить высокое давление, нужное для сжижения газов, было известно. Но для сжижения стойких газов недостаточно только высокое давление. Нужна еще и низкая температура. Каким образом достигнуть низких температур?

Знаменитый английский ученый Михаил Фарадей добивался низких температур следующим образом: смешивал в специальном сосуде под давлением эфир и углекислый газ, которые предварительно превращал в твердое состояние (это в то время уже умели делать), а затем быстро понижал давление в сосуде. Углекислый газ и эфир начинали быстро испаряться. Но ведь для испарения нужно тепло. Это-то тепло вещества забирали из газа, находящегося в сосуде, то есть охлаждали его. Таким способом Фарадею удалось получить температуру —110 °C.

Все исследователи, которые пытались сжижить стойкие газы повышением давления, потерпели неудачи. Оказалось, что выше некоторой температуры эти газы нельзя сжижить даже при очень больших давлениях. Все газы имеют некоторую температуру, называемую критической. Эта температура различна для разных газов, но самая низкая — для семи перечисленных. Температура —110 °C оказалась поэтому недостаточной для сжижения стойких газов.

Ольшевский и Врублевский решили не отступать от тайн природы и вырвать их у неё. Путь в науку для этих ученых не был легким. Оба они в молодости принимали участие в январском восстании 1863 года, оба были за это сурово наказаны царским правительством. Врублевский был сослан в Сибирь, на каторгу, где лишился здоровья: ему грозила слепота. И, несмотря на это, вернувшись на родину, он окончил университет и вскоре же стал профессором физики.

Встретившись в Ягеллонском университете, закаленные в политической борьбе ученые решили объединить свои усилия для раскрытия тайны низких температур. Как и некоторые другие ученые, они стали разрабатывать так называемый каскадный метод, заключающийся в использовании следующего, известного уже в то время, явления: если охлаждать газ и одновременно сжимать его под большим давлением, то путем быстрого уменьшения давления газа, можно вызвать резкое падение температуры.

Аппаратура для каскадного метода выглядела так: брался какой-либо легко сжижающийся газ, сжимался в сосуде и охлаждался погружением в другой сосуд, где находился, например, лед с солью. Резко уменьшалось давление газа, газ превращался в жидкость, обладающую более низкой температурой, чем лед с солью. Но в сосуде с первым (уже сжиженным), газом, находился другой, меньший сосуд, в котором был сильно сжат другой газ, сжижающийся при более низкой температуре, чем первый, Второй газ был охлажден за счет первого, а если быстро уменьшить давление, то он охладится еще более.

Располагая несколько сосудов один в другом и наполняя каждый сосуд соответствующим газом, можно получать всё более и более низкие температуры. Заслугой профессоров Ольшевского и Врублевского было именно то, что они подобрали ряд таких газов, которые можно было с успехом применить в каскадном методе.

Для разработанного польскими учеными каскадного метода сжижения газов была сооружена специальная аппаратура. Правда, работа на такой аппаратуре была довольно опасной, так как свойства многих жидких газов в то время еще не были достаточно изучены. Смеси некоторых газов вызывали взрывы, что, конечно, сопровождалось огромными опасностями.

Самоотверженный труд ученых завершился полным успехом. 9 апреля 1883 года в адрес различных научных обществ были отправлены следующие телеграммы: «Кислород сжижен. Он бесцветный. Ждите подробных сообщений. Ольшевский. Врублевский».

Говорят, что в этот день ученые радовались, как дети. Два пожилых бородача обнявшись, отплясывали в лаборатории свой победный танец.

Начало сжижению стойких газов было положено. Вскоре Ольшевскому и Врублевскому удалось сжижить азот, окись углерода и воздух. Стойкие газы перестали быть стойкими. Они подчинились человеческому разуму и знаниям.

Стремление к получению жидких газов, а тем самым и низких температур, не было вызвано «спортивным интересом». Ученым были нужны низкие температуры для опытов, подтверждающих их теории.

Низкие температуры позволили выяснить ряд загадок о строении материи. Начали появляться самые неожиданные сообщения: погруженная в жидкий воздух резина раскалывалась, как стекло, ртуть превращалась в металлический слиток, металлы теряли электрическое сопротивление, а некоторые жидкости совершенно лишались вязкости. Все эти явления нашли большое техническое применение.