Низкие температуры

Интерес к получению низких температур возник не только из практических соображений. Физиков давно интересовал вопрос, можно ли превратить в жидкость газы - такие, как воздух, кислород, водород. Начало этой истории относится к 1877 г.

Почти за сто лет до этой даты, в 1783 г., Лавуазье писал: "...если бы мы могли погрузить Землю в некую весьма холодную область, например в атмосферу Юпитера или Сатурна, то все наши реки и океаны превратились бы в горы. Воздух (или, по крайней мере, некоторые его компоненты) перестал бы быть невидимым и превратился бы в жидкость. Превращение такого рода открыло бы возможность получения новых жидкостей, о которых мы до сих пор не имеем никакого понятия".

Лавуазье не видел другого пути сжижения воздуха, кроме как перенести его на другую, холодную планету.

Получать тепло было привычно, "делать" холод не позволяла даже фантазия.

В 1877 г. горный инженер из французского города Шатильон Кальете обнаружил капли жидкого ацетилена в лабораторном сосуде, в котором неожиданно открылась течь. Резкое понижение давления вызвало образование тумана. Почти в те же дни Пикте сообщил из Женевы о последовательном, каскадном сжижении разных газов, завершившемся получением жидкого кислорода при температуре -140 °С и давлении 320 атмосфер. Температура в опытах Кальете оценивалась в -200 °С. Техники занялись постройкой холодильных аппаратов. В 1879 г. из Австралии в Англию отправился первый рефрижератор, груженый мясом. По-видимому, первый из патентов на холодильные устройства, датированный 1887 г., был выдан Сименсу. Уже в 1888 г. в Астрахани была построена большая холодильная машина для замораживания рыбы. А двумя годами ранее газета "Петербургский листок" писала: "...дело дошло до поставки на дом холодной температуры. Для этого предполагается устроить резервуары с концентрированным аммиаком, который, испаряясь, произведет весьма заметное понижение температуры".

Но эти устройства давали мало холода. Жидкий воздух был получен Клодом в 1902 г. Все методы сжижения были основаны на охлаждении газа при расширении с совершением работы (в поршневом или турбинном двигателе) либо при расширении в пустоту, когда работа совершается против сил притяжения молекул внутри самого газа.

В этой истории надо упомянуть Дьюара, который в 1898 г. получил жидкий водород, снизив температуру примерно до 20 К. Наконец, в 1908 г. Камерлииг-Оннес в Голландии получил и жидкий гелий. Температура, которая была им впоследствии достигнута, только на один градус отличалась от абсолютного нуля.

В 1939 г. П. Л. Капица доказал большую эффективность ожижительных машин, в которых газ совершает работу с помощью турбины. Турбодетандеры получили с тех пор большое распространение. Он же предложил и конструкцию эффективной установки для сжижения гелия.