Генрих Бурмин - Штурм абсолютного нуля

Наиболее низкая температура воздуха, зарегистрированная в самых холодных областях земного шара, составляет —90 °C. Однако и при такой температуре не наблюдается сжижение воздуха или его компонентов.

Как практически осуществить сжижение атмосферных газов? Не посылать же на самом деле с этой целью экспедицию на Юпитер, Сатурн или в другой пункт Галактики!

Чтобы проникнуть в неведомую ранее область низких температур, надо было прежде всего решить проблему сжижения атмосферных газов в земных условиях.

Одним из первых вступил на долгий и тернистый путь, ведущий к абсолютному нулю температуры, Майкл Фарадей.

Это имя известно школьникам из учебника физики.

Фарадей — автор выдающихся открытий в области электричества и магнетизма — является одним из основоположников современной электротехники.

…Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в семье кузнеца одного из лондонских предместий. Его отец, несмотря на большое трудолюбие и отменное мастерство, зарабатывал мало, и семья жила в нужде.

Поэтому Майкл не имел возможности окончить даже начальную школу. В возрасте тринадцати лет он поступил учеником переплетчика в большую книжную лавку. В те времена срок ученичества, даже для овладения такой несложной профессией, как переплетчик, был установлен в… семь лет.

Ученик должен был подметать помещение, мыть полы, разносить заказы, нянчить хозяйских детей.

Приученный с ранних лет в семье к трудолюбию, Майкл усердно выполнял свои многочисленные обязанности. А свободное время он посвящал чтению.

Сначала Фарадей читает все, что попадается под руку. Затем у него появляется интерес к естественным наукам. Он изучает статьи по электричеству в Британской энциклопедии и популярную книгу «Успехи химии».

Пробует и сам проводить описанные в литературе опыты, проявляя при этом незаурядную находчивость.

Стеклянная бутылка служит ему для изготовления электростатической машины, а гальваническую батарею он собирает из цинковых кружков и медных пенсов.

Книжную лавку часто посещали ученые. Один из них, некто Дэне, обратил внимание на любознательного юношу и принес Фарадею билеты на публичные лекции известного химика Гемфри Дэви, которые тот читал в Королевском институте — научном центре английской столицы.

По совету того же Дэнса Фарадей тщательно обработал свои конспекты лекций, переплел их и послал Дэви вместе с письмом, содержащим просьбу о приеме на работу в качестве помощника.

Неизвестно, что больше произвело впечатление на Дэви — сам конспект его лекций или сделанный с высоким профессиональным мастерством переплет. Говорят, он обратился за советом к своему приятелю: как быть? И тот будто бы сказал:

«Предложите парню мыть посуду. Если он на что‑нибудь годен, то сейчас же примется за дело. Если откажется, значит, никуда не годится».

Сейчас трудно установить, все ли так обстояло в действительности. Но в 1813 году Фарадей получил место ассистента Дэви в химической лаборатории Королевского института.

Фарадей должен был содержать в чистоте лабораторное оборудование, подготавливать аппаратуру и помогать Дэви в проведении экспериментов и демонстрации опытов на лекциях. Но он внимательно присматривался к работам своего наставника и других сотрудников института, стараясь перенять их опыт.

В это время Дэви пригласили посетить ряд научных центров европейского континента. Он берет в поездку своего ассистента. Фарадей получил возможность ознакомиться с работами видных иностранных ученых.

По возвращении из‑за границы Фарадей приступает к самостоятельным исследованиям.

Он проводит ряд оригинальных химических опытов, а в 1821 году делает важное открытие в области электричества — создает лабораторную модель электрического двигателя.

Однажды, это было в 1823 году, Фарадей, изучая химическое разложение одного из соединений хлора — гидрата хлора, нагревал последний в герметически запаянной стеклянной трубке.

Он наблюдал, как по мере нагревания одного конца изогнутой трубки на другом ее, холодном, конце собирались капли маслянистой жидкости.

Схема опыта Фарадея: 1 — жидкость; 2 — «холодный» конец трубки; 3— соединение хлора. Экспериментатор наблюдал, как в холодном конце трубки скапливалась жидкость.

В этот момент в лабораторию зашел сотрудник института доктор Пэрис. Он также заметил «масло» в пробирке и решил, что Фарадей проводит эксперимент в грязной посуде.

Однако Фарадей никак не реагировал на упрек доктора, и тот, пожав плечами, удалился.

А на следующий день Пэрис получил записку какого содержания: «Милостивый государь! Масло, замеченное Вами вчера, было ничем иным, как жидким хлором. Преданный Вам М. Фарадей».

Что же произошло в лаборатории после ухода Пэриса?

Желая исследовать маслянистое вещество, Фарадей отрезал часть пробирки, в которой оно находилось. Мгновенно раздался взрыв, и жидкость исчезла. Загадочное вещество представляло собой жидкий хлор.

Действительно, по мере нагревания гидрата хлора в герметически запаянной пробирке из него выделялся газообразный хлор. Не имея выхода наружу, газ все более и более сжимался. А о том, что при достаточном сжатии газы могут перейти в жидкое состояние, было известно уже во времена Фарадея.

Так исследователь получил первую холодную жидкость — жидкий хлор, имеющий температуру кипения при нормальном давлении — 34,1 °C.

Но почему жидкость образовывалась именно в холодном конце трубки? И у Фарадея мелькает мысль о том, что в процессе сжижения газа, кроме давления, определенную роль играет и температура.

В дальнейшем Фарадей видоизменил опыт, погрузив «холодный» конец трубки в охлаждающую смесь.

Эта уловка увенчалась успехом.

Кроме хлора, так им были сжижены аммиак, закись азота, углекислый газ, двуокись серы.