Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Предисловие

Наука должна быть весела,
увлекательна и проста.
П. Капица

Эта книга посвящена одной теме – тому, как люди овладели искусством получать холод и использовать его для своих повседневных нужд и в научных поисках.

Название книги соответствует определению почти неизвестной тогда низкотемпературной области, которое дал М. В. Ломоносов еще два с половиной века назад: «Эта область начинается от самого низкого градуса теплоты, или, что то же, - от наибольшего градуса стужи, который пока еще никак не отмечен и не показан. Она оканчивается при температуре замерзания воды». Теперь этот «низкий градус», как и предвидел Ломоносов, «отмечен и показан». Сама же область, о которой он писал, превратилась в обширную рабочую площадку для науки, техники и технологии.

Выбор именно этой темы связан не только с профессиональными интересами автора и желанием привлечь молодежь к работе в области низких температур. Дело в том, что в истории науки и техники трудно найти другую область, где столь тесно переплелись бы физика и химия, биология и география, технология и быт, экономика и экология. Особенно тесно низкотемпературная техника связана с теплоэнергетикой, представляя собой в определенной степени ее опрокинутое зеркальное отображение, помогающее лучше, иногда с совсем неожиданной стороны, увидеть многие ее стороны.

Причиной, обусловившей обращение к технике низких температур как теме для научно-популярной книги, является и то, что в популярной литературе много пишут о физических открытиях, относящихся к низким температурам, а не менее интересная и важная инженерно-техническая сторона дела освещена очень слабо. Такой подход не позволяет дать более общую картину развития в любой области, включающей и естественные науки и технику. «За бортом» остаются и великие изобретения, которые не менее интересны и важны, чем открытия.

Представляется поэтому, что более верный путь для того, чтобы ввести читателя в мир низких температур, нужно прокладывать через технику и технологию – области более синтетические, чем любая отдельная наука, даже такая, как физика. Романтика и драматизм в инженерном поиске не менее интересны, чем в других областях творчества. Синтетический подход дает и большую возможность использовать сведения по истории и экономике. Это намного труднее, но зато получается более объемная, объективная картина развития событий.

Еще одна причина, подтолкнувшая к написанию этой книги, связана с тем, что до сих пор в литературе недостаточно полно освещен как вклад в развитие низкотемпературной техники научных работников и инженеров нашей страны (от М. Ломоносова до П. Капицы), так и исторические условия, в которых они работали.

Все эти соображения и вызвали появление предлагаемой читателю книги. Она построена на базе именно такого синтетического подхода. В нескольких местах по ходу изложения включены «научные комментарии» – разделы, в которых дается анализ некоторых понятий, терминов и методов, необходимых для более полного понимания материала книги. Они так же, как и остальной материал, изложены популярно, но требу ют некоторой сосредоточенности. Читатели, которым эти разделы по тем или иным причинам окажутся ненужными или трудными, могут их пропустить (или изучить впоследствии). В ряде случаев уделялось внимание судьбам и личным качествам тех людей, которые сделали существенный вклад в низкотемпературные науку и технику.

Введение к книге посвящено предварительному ознакомлению читателя с тем, зачем нужен холод, какие потребности человека он может удовлетворять и в чем состояли основные трудности на длительном, измеряемом тысячелетиями пути овладения все более и более низкими температурами.

Глава первая знакомит читателя с многовековой историей холода, от доисторических времен до конца XVIII в. Она начинается с описания использования «естественного холода» – природных льда и снега и опытов с искусственными охлаждающими смесями. Уделено внимание создателям термометрии, без работ которых были бы невозможны все дальнейшие исследования. Описаны и первые шаги в теории теплоты и холода, начиная с Ф. Бэкона и Дж. Блэка, завершаемые работами М. Ломоносова и А. Лавуазье.

Глава вторая охватывает период с начала XIX в. до 50–60-х годов, когда сформировались основные представления Первого и Второго начал термодинамики. В главу включен и первый «научный комментарий» – раздел о понятиях «тепло», «холод» и «охлаждение».

Глава третья тоже охватывает период первой половины XIX в. В ней рассказывается о первых холодильных машинах, позволивших не только отказаться от использования природного льда, но и получать его при необходимости искусственно в любых климатических условиях. Заканчивается глава вторым «научным комментарием», посвященным анализу общего принципа получения низких температур.

Глава четвертая связана с событиями, происходившими во второй половине ХIХ и начале ХХ в. Она посвящена возникновению криогеники – области, охватывающей научные основы и технику получения температур, лежащих ниже 120 K, и связанной с ожижением и замораживанием таких газов, как кислород, азот, водород и гелий.

В главе пятой рассказывается о применении криогенной техники при использовании богатств атмосферы путем разделения воздуха. В нее включен третий «научный комментарий», относящийся к теории разделения смесей.

Глава шестая посвящена развитию и разнообразным приложениям холодильной техники.

Глава седьмая, как и следует из ее названия, содержит материал о современных научно-технических достижениях в низкотемпературной области. Здесь так же, как в гл. 2, 3 и 5, дается небольшой (и последний) «научный комментарий», относящийся к физике процессов охлаждения на смесях.

Глава восьмая знакомит читателя с драматической историей борьбы за одно из новых направлений низкотемпературной техники, связанное с работами акад. П. Л. Капицы. Два других раздела этой главы посвящены микрокриогенной технике и «холодному» космосу.

В главе девятой дан краткий обзор изложенного, позволяющий подвести итоги «истории холода» и наметить некоторые перспективы развития этого направления.

Естественно, что точно соблюсти хронологию событий, указанную в заголовках глав, на практике невозможно при всем желании: известно, что пути развития и науки и техники очень сложны и извилисты. Поэтому некоторые отклонения от последовательного по времени изложения не только неизбежны, но в ряде случаев и полезны. Они помогают показать реальную, а не схематизированную, «выправленную» историю.

Для читателей, желающих более основательно познакомиться с предметом, в конце книги дается краткая библиография.

Автор

Следующая страница: Введение