4. Получение низких температур при расширении сжатого газа с отдачей внешней работы

Опыты показали, что метод получения низких температур при расширении сжатого газа с отдачей внешней работы является более эффективным, чем метод дросселирования.

Он отличается от метода дросселирования тем, что сжатый газ заставляют расширяться с совершением внешней работы, что приводит к более сильному охлаждению газа, чем при расширении в пустоту. Холодильная машина, работающая по этому принципу, схематически изображена на рисунке 58.

После охлаждения в цилиндре газ возвращается навстречу входящему газу высокого давления и в свою очередь охлаждает его. Отработавший в цилиндре газ обтекает, кроме того, и конденсатор, в который, как это видно из рисунка 58, поступает сжатый и поэтому легко конденсирующийся газ.

Несмотря на простую механику получения низких температур, применение этого метода задерживалось конструктивными трудностями. Основная трудность состояла в устройстве цилиндра с поршнем, который должен работать при низких температурах, когда все смазки замерзают.

Рис. 58.

Трудность эта была преодолена акад. П. Л. Капицей, который в 1939 г. сконструировал холодильную машину — турбодетандер, в которой в качестве рабочего газа был взят гелий, дающий при сжижении самую низкую температуру. Из таблицы 5 видно, что гелий кипит при атмосферном давлении при причем жидкий гелий в семь раз легче воды. Он так прозрачен, что его даже трудно заметить в том сосуде, где гелий находится. Вакуумный сосуд, в который собирается жидкий гелий, помещают внутри другого сосуда, содержащего жидкий водород, а этот в свою очередь помещается в вакуумный сосуд с жидким воздухом. Это делается для того, чтобы жидкий гелий меньше испарялся.

Однако, несмотря на все предосторожности, жидкий гелий быстро испаряется, и его собирают для нового сжижения.

Если для жидкого гелия создать давление меньше атмосферного, то он будет кипеть при еще более низкой температуре, чем . В этом случае он ведет себя, как все прочие жидкости. Советским ученым Б. Г. Лазареву и Б. Н. Есельсону при помощи откачки удалось понизить температуру жидкого гелия до Это самая низкая температура, которую удалось получить при понижении давления паров над жидким гелием.