МИЛЛИОННЫЕ ДОЛИ АТМОСФЕРЫ
Изучая свойства различных веществ при низких температурах, исследователи обратили внимание на интересную особенность древесного угля. Хорошо обожженный и высушенный уголь при очень низких температурах прекрасно поглощает газы. Этим свойством древесного угля пользуются для создания сильно разреженной атмосферы или, как говорят, для получения вакуума, то-есть пустоты.
Пусть требуется удалить атмосферный воздух из какого-либо специального прибора, например, из трубки Гейслера, предназначенной для изучения электрического разряда в пустоте. Для этого достаточно соединить внутреннюю область трубки с погруженным в жидкий воздух сосудом, содержащим древесный уголь. Охлажденный уголь очень быстро вберет в себя почти весь атмосферный воздух, находящийся в трубке. Таким простым приемом удается получить высокую степень разрежения воздуха, измеряемую миллионными и даже десятимиллионными долями атмосферы. Описанным свойством древесного угля пользуются для создания совершенной теплоизоляции — пустоты — в сосудах, предназначенных для хранения и перевозки жидких газов. Такие сосуды делаются из металла и имеют две стенки. Во внутреннюю стенку сосуда вделывается металлическая трубка, в которую насыпается древесный уголь. При наполнении сосуда жидким воздухом уголь автоматически поддерживает разрежение, несмотря на то, что некоторое количество атмосферного воздуха может проникать через поры в металле. С течением времени поглотительная способность угля уменьшается, уголь как бы насыщается газом. Сосуды приходится перезаряжать новым углем. Однако прежние свойства древесного угля легко восстанавливаются: при нагревании до 100–200 градусов при пониженном давлении уголь теряет поглощенный газ. Таким образом, одну и ту же порцию угля можно применять много раз.
Сосуды, снабженные углем и предназначенные для хранения жидкого воздуха, вмещают от 5 до 25, а иногда и более литров (рис. 6).
Рис. 6. Такие сосуды вместимостью от 5 до 25 литров широко применяются для хранения и перевозки жидкого воздуха.
В течение часа из такого сосуда испаряется меньше двухсотой части содержащейся в нем жидкости.
Жидкий воздух применяется во многих областях техники, особенно там, где нужны очень низкие температуры.
В машиностроении нередко требуется прочно насадить одну деталь на другую, например стальной диск турбины на ее ось. Раньше, а кое-где и теперь, диск нагревали. При повышении температуры металл расширялся и отверстие в диске увеличивалось. Нагретый диск легко насаживался на ось и плотно охватывал ее при охлаждении. Однако нагревание громоздких колес турбины или других машин часто представляет собою довольно сложную и ответственную операцию. При неправильном нагреве легко можно вызвать искривление диска или ухудшение его механических свойств.
Гораздо проще произвести такую же насадку, используя жидкий воздух. Сравнительно тонкая ось турбины быстро охлаждается этой сверххолодной жидкостью и размер ее резко уменьшается. В таком виде ось легко вставляется во втулку колеса или диска. Проходит немного времени, температура металла повышается, диаметр оси увеличивается и диск накрепко соединяется с осью.
ОБ ИНТЕРЕСНЫХ, НО МАЛО ПОЛЕЗНЫХ ПРОЕКТАХ
Мы уже научились хранить жидкий воздух в специальных сосудах. Однако эти сосуды всегда открыты, и пары жидкости свободно улетучиваются в атмосферу. Тепло, приходящее из окружающего пространства, затрачивается на испарение жидкости. Таким образом, температура жидкого воздуха, до его полного испарения, остается примерно постоянной, около — 190 градусов.
Что же получится, если налить жидкий воздух в сосуд и закупорить его плотно завинчивающейся пробкой? Жидкость будет испаряться, и давление в сосуде возрастет. Одновременно в сосуде будет накапливаться запас теплоты, и температура жидкого воздуха начнет повышаться. Наконец, она достигает — 140 градусов ниже нуля. При такой температуре воздух уже не может находиться в жидком виде. Это — критическая температура воздуха, при которой вся жидкость превратится в газ. А когда температура сосуда сравняется с температурой наружного воздуха, давление в нем возрастет до 800 атмосфер! И это понятно. Плотность жидкого воздуха примерно в 800 раз больше плотности газообразного воздуха при обычной температуре. Таким образом, наш сосуд, если он до этого времени еще не разорвался на куски, превратится в опасный снаряд, в котором не осталось ни одной капли жидкого воздуха.