Нормальная и сверхтекучая жидкости

Следует, однако, самым решительным образом подчеркнуть, что рассмотрение жидкости как смеси нормальной и сверхтекучей ее частей является не более чем способом наглядного описания явлений, происходящих в квантовой жидкости. Как и всякое описание квантовых явлений в классических терминах, оно не вполне адекватно. В действительности надо говорить, что в квантовой жидкости — гелии II — может существовать одновременно два движения, каждое из которых связано со своей эффективной массой (так что сумма обеих этих масс равна полной истинной массе жидкости). Одно из этих движений нормально, т. е. обладает теми же свойствами, что и движение обычной вязкой жидкости другое же — сверхтекуче. Оба эти движения происходят без передачи импульса от одного к другому. В определенном смысле можно говорить о сверхтекучей и нормальной частях массы жидкости, по это отнюдь не означает возможности реального разделения жидкости на две части ). [c.707]

Перенос тепла нормальным движением жидкости представляет собой механизм теплопередачи в гелии II. Он имеет, таким образом, своеобразный конвективный характер, принципиально отличный от обычной теплопроводности. Всякая разность температур в гелии II приводит к возникновению в нем внутренних нормальных и сверхтекучих движений при этом оба потока (сверхтекучий и нормальный) могут компенсировать друг друга по количеству переносимой ими массы, так что никакого реального макроскопического переноса массы в жидкости может и не быть. [c.708]

Мы видим, что в звуковой волне первого типа Vn Vs, т. е. в такой волне в каждом элементе объема жидкость колеблется в первом приближении как целое нормальная и сверхтекучая массы движутся вместе. Естественно, что эти волны соответствуют обычным звуковым волнам в обычных жидкостях, [c.726]

При температурах, отличных от нуля, движение неидеального бо-зе-газа можно рассматривать как суперпозицию двух движений. Совокупность квазичастиц с энергий су (к), имеющихся в газе при Т О, может обмениваться энергией и импульсом со стенками, как нормальная жидкость. Совокупность невозбужденных квазичастиц движется по трубке при vсверхтекучей компонентами отсутствует, так как нет передачи энергии и импульса от одной компоненты к другой — невозможны процессы рождения и уничтожения квазичастиц. [c.369]

Следует, однако, особо подчеркнуть, что говорить о нормальной и сверхтекучей компонентах жидкости можно только в некотором весьма условном смысле. Никакого реального разделения атомов на нормальные и сверхтекучие , естественно, не существует, и речь идет о коллективных движениях частиц жидкости, или квазичастицах. С приближением температуры к температуре фазового перехода все коллективные степени свободы возбуждаются, жидкость наполняется квазичастицами и становится нормальной . Наоборот, с приближением температуры к нулю квазичастицы исчезают и вся жидкость становится сверхтекучей . [c.369]

Нормальная компонента сверхтекучей жидкости 195 Нормальное упорядочение операторов рождения и уничтожения 143 [c.291]

Особенно принципиальное значение имеют опыты П. Л. Капицы (1941), в которых он наблюдал встречное движение нормальной и сверхтекучей компонент сквозь широкие капилляры. Им было подробно изучено реактивное действие струи нормальной компоненты, установлен факт потенциального обтекания твердых тел сверхтекучим потоком, изучена топография затопленной струи нормальной компоненты, вытекающей из капилляра под влиянием выделяемого тепла. Так как все эти опыты были поставлены в условиях, когда внутри некоторого объема, соединяемого с гелиевой ванной с помощью капилляра, выделяется заметное количество тепла, а по концам капилляра измеряемая разность температур отсутствует, то сохранение формы струи тепловых возбуждений, наблюдавшееся Капицей на довольно больших расстояниях от сопла капилляра, свидетельствует о том, что внутри сверхтекучей жидкости инерционность распространения тепла не маскируется диссипативными процессами. [c.666]

Колебания первого типа представляют собой обычный звук, или, как говорят, первый звук. В волне такого звука жидкость движется как целое нормальная и сверхтекучая [c.26]

Используя микроскопические представления о сверхтекучей жидкости, изложенные выше, можно построить полную систему гидродинамических уравнений. Основные положения, на которых будем базироваться, заключаются в следующем. Упорядоченное движение возбуждений увлекает за собой лишь часть жидкости, характеризующуюся нормальной плотностью р . Остающаяся часть, сверхтекучая , характеризующаяся плотностью р = р — р , при этом совершает независимое движение, и что очень важно, это последнее является потенциальным. Таким образом, в сверхтекучей жидкости одновременно могут происходить два независимых движения — нормальное и сверхтекучее — со скоростями соответственно и причем [c.54]

Сделанное предположение эквивалентно допущению, что жидкость обладает дополнительной новой степенью свободы, связанной с возможностью относительного движения нормальной и сверхтекучей компонент жидкости. Существование этой новой степени свободы и лежит в основе всех явлений переноса в Не II, известных под общим названием сверхтекучести. [c.440]

Следует, однако, самым решительным образом подчеркнуть, что рассмотрение жидкости как смеси нормальной и сверхтекучей её частей является не более чем способом наглядного описания [c.616]

Таким образом, в волне второго звука сверхтекучая и нормальная массы жидкости колеблются навстречу друг другу, так что в первом приближении их центр инерции в каждом элементе объема остается неподвижным и суммарный поток вещества отсутствует. Ясно, что этот вид волн специфичен для сверхтекучей жидкости. [c.726]

Если допустить, что в устройстве, подобном приведенному на фиг. 22, разность термомеханического давления между сосудом и ванной остается постоянной, то полный поток массы должен равняться пулю. В двухжидкостной модели это означает, что внутрь сосуда втекает столько сверхтекучей жидкости, сколько вытекает из него нормальной, т, е. [c.843]

Следует отметить, что, в отличие от нормальной жидкости с одним полем массовой скорости, кинетические коэффициенты для сверхтекучей жидкости зависят от разности скоростей , так как даже в локальном приближении не удается исключить макроскопическое движение с помощью перехода в сопровождающую систему координат. Для простоты предположим, что малы не только градиенты термодинамических переменных, но и разность скоростей сверхтекучей и нормальной компонент жидкости ). [c.201]

Формально статистический оператор (8.4.83) описывает равновесное состояние сверхтекучей жидкости, но, как и в случае нормальной жидкости, при вычислении средних значений динамических переменных А г) в фиксированной точке г параметры /5 и /х [c.201]

Граничные условия для сверхтекучей жидкости на поверхности твердого тела (например, на стенке капилляра) носят особенно простой характер, когда отсутствует теплопередача между твердым телом и жидкостью. В этом случае на поверхности скорость нормальной компоненты в системе отсчета, где тело покоится, должна равняться нулю, как и для всякой вязкой жидкости. Кроме того, должна равняться нулю и перпендикулярная к поверхности компонента скорости сверхтекучей части. Если же между телом и жидкостью имеется теплопередача, то на поверхности может происходить превращение нормальной части в сверхтекучую и перпендикулярные компоненты Гп и Vs не будут равны нулю. Должна быть равна нулю лишь перпендикулярная к поверхности компонента потока Температура поверхности в этом случае отличается от температуры прилегающего слоя жидкости — возникает обнаруженный П. Л. Капицей (1941) температурный скачок, пропорциональный потоку тепла через границу. [c.658]

А. К. Кикоиным и Б. Г. Лазаревым (1939), которые определяли толщину пленки по объему жидкости, необходимому для покрытия пленкой большой поверхности. В результате этого и других экспериментов, проведенных в разных странах, установлено, что пленка имеет толщину порядка 3 X 10" еле (около 100 атомных слоев), а скорость течения по ней сверхтекучей жидкости порядка 20 см сек. В связи с малым значением толщины пленки вязкость нормальной компоненты препятствует ее движению БД ОЛЬ поверхности. Таким образом, тепловые возбуждения как бы закреплены на стенке и сверхтекучая компонента течет мимо них. [c.667]

ОНИ, благодаря либеральным условиям их рождения, играют роль в гидродинамике, определяя значение критических скоростей ). Заметим, что при выводе критерия (1.6) нигде не использовалось то обстоятельство, что в жидкости отсутствуют готовые возбуждения. Наличие таких возбуждений не препятствовало бы выводу, и поэтому критерий (1.6) будет справедлив и при температурах, отличных от абсолютного нуля. Однако наличие возбуждений при не равных нулю температурах вносит определенное своеобразие в характер течения гелия II по капиллярам. Присутствующие в жидкости возбуждения будут отражаться от стенок и передавать им часть своего импульса. Благодаря этому та часть жидкости, которая увлекается движением возбуждений, будет вести себя как нормальная вязкая жидкость и будет тормозиться благодаря трению о стенки. Таким образом, при Т = 0 через капилляр протекает вся жидкость без трения, при Т ФО — лишь часть. Получилась своеобразная ситуация в сверхтекучей жидкости возможны одновременно два независимых движения. Часть жидкости, которая увлекается движением возбуждений, ведет себя как нормальная жидкость, остальная часть — сверхтекучая — не испытывает трения и, пока скорость не превосходит критического значения, движется независимо от нормальной части. Итак, в гелии II могут существовать одновременно два движения сверхтекучее со скоростью и, и нормальное со скоростью v . Каждому из этих движений соответствует своя эффективная масса. Сумма сверхтекучей и нормальной масс равна полной массе жидкости. Оба движения происходят независимо (по крайней мере в области малых значений скоростей и не превосходящих некоторых критических значений), так что передача импульса от одного к другому невозможна. Импульс у единицы объема гелия II, таким образом, слагается из двух частей [c.13]

Разделить уравнения для нормального и сверхтекуче о данжсний в несжимаемой сверхтекучей жидкости (принимаются постоянными не только полная плотность р, но и ps и р по отдельности). [c.721]

Как отмечал Ландау, явления, которых следует ожидать на основании его модели, совпадают с предсказанными двухжидкостной моделью Тисса. Подобно Тисса, он разделил полную плотность жидкости р на две зависящие от температуры части р и р , которые соответствуют нормальному и сверхтекучему состояниям, так что всегда р +Рз = Р- Однако он специально под- [c.806]

НОЙ модели. Прибор Андроникашвпли состоял из стопки очень I тесно расположенных дисков, подвешенной на крутильной нити в ванне с жидким гелием (фиг. 26). Измерялся период колебании стопки при изменении тель пературы, причем оказалось, что с понижением температуры период колебаний уменьшался. Это явление можно объяснить различием гидродинамических свойств нормальной и сверхтекучей компонент жидкости. Если сверхтекучая компопеита не принимает участия в колебаниях стопки, то нормальная компонента в узких зазорах между дискалга увлекается их движением, [c.809]

Гелий П. Прежде чем подробно обсуждать данные по теплопроводности ниже Х-точки и их значение, необходимо четко установить, что мы понимаем под термином теплопроводность. Как указывалось выше, перенос теила в Не II удобно объяснять независимым движением нормальной и сверхтекучей комнонент жидкости. Пользуясь этой гипотезой, можно объяснить целый ряд явлений, связанных с переносом тепла, а также рассмотренный Г. Лондоном термодинамический цикл, в котором перенос тепла сопровождается переносом массы жидкости. Явления, связанные с переносом массы гелия, нужно рассматривать отдельно здесь мы ограничимся процессами, в которых при переносе тепла полный поток массы гелия равен нулю. [c.840]

При ТфО Не II состоит из двух компонентов — нормального и сверхтекучего [Л. Тиса (L. Tisza), 1938]. Согласно Ландау, нормальный компонент связанный с движением газа возбуждений, переносит теплоту его плотность р зависит от темп-ры, изменяясь от нуля при 3 =0 до полной плотности жидкого гелия при Г=7 В интервале О <7 <7 полная плотность р жидкости складывается из плотностей компонентов р=рп + р -Каждый из компонентов течёт со своей скоростью, так что полная плотность потока жидкости j есть сумма плотностей потоков компонентов Нор- [c.573]

Наличие вихревых нитей приводит к нарушению сверхтекучести. Дело в том, что возбуждения, образующие нормальную часть жидкости, могут рассеиваться нитями /И передавать им свой импульс. Это приводит к появлению силы трения между нормальной и сверхтекучей частью, так что движение сверхтекучей части начинает сопровождаться диссипацией энергии. Уравнения движения сверхтекучей жидкости при наличии вихрей были наиболее общим образом сформулированы И. Л. Бекаревичем и И. М. Халатниковым (1961). В этих уравнениях наличие вихрей учитывается введением среднего ротора скорости сверхтекучей части, определяемого из условия [c.660]

Условие потенциальности сверхтекучего двййжения (8.1) не должно нарушаться до тех пор, пока скорости движения не достигнут критических значений, когда возникает взаимодействие нормальной и сверхтекучей частей жидкости. [c.54]

Тисса сделал попытку объяснить некоторые экспериментальные результаты, постулировав, что фаза Не II состоит из двух компонент, нормальной и сверхтекучей. В противоположность этому Не I представляет собой нормальную жидкость. Предполагается, что можно сопоставить нормальной и сверхтекучей компонентам соответствующие массовые плотности р и р. Движение нормальной и сверхтекучей компонент характеризуется соответствующими полями скоростей у и Для Не II массовая плотность р и поле скоростей V, по предположению, равны [c.420]

Относительное содержание нормальной и сверхтекучей компонент в двухжидкостной модели может быть получено из эксперимента Аидроникашвили. Стопа дисков, укрепленных на одной оси на расстоянии 0,2 мм друг от друга, вращается в Не И, как показано на фиг. 126. Измеряется момент инерции всей системы в зависимости от температуры, причем Не II находится в равновесии со своими парами. Предполагая, что вращающиеся диски совершенно не влияют иа сверхтекучую компоненту, но увлекают за собой нормальную компоненту находящейся между ними жидкости, мы приходим к выводу, что момент инерции всей системы должен быть пропорционален р /р. Коэффициент пропорциональности определяется из условия, что при [c.421]

Представление о двух видах движения даёт простое объяснение наблюдающимся нй опыте основным свойствам течения гелия II. Отсутствие вязкости при протекании гелия II по узкой щели объясняется тем, что в щели имеет место сверхтекучее движение жидкости, не обнаруживающее трения можно сказать, что нормальная часть задерживается в сосуде, протекая через щель несравненно медленнее, со скоростью, соответствующей её вязкости и ширине щели. Напротив, измерение вязкости гелия И по затуханию крутильных колебаний погружённого в жидкость диска должно давать отличные от нуля значения вращение диска создаёт вокруг него нормальное движение жидкости, останавливающее диск благодаря свойственной этому движению вязкости. Таким образом, в опытах с протеканием по капилляру или щели обнаруживается сверхтекучее движение жидкости, а в опытах с вращением диска в гелии II обнаруживается её нормальное движение. В особенности наглядно существование двух движений жидкости проявляется при вращении вокруг своей оси цилиндрического сосуда, наполненного гелием II. Стенки вращающегося сосуда, создавая нормальное движение жидкости, увлекают за собой лишь часть массы жидкости, сверхтекучая же масса остаётся неподвижной. В результате полный момент инерции / вращающегося сосуда будет меньше момента инерции / , вычисленного в предположении, что вся масса жидкости вращается вместе с сосудом, и измерение отношения ///д даёт возможность непосредственного определения нормальной и сверхтекучей частей массы жидкости такие измерения были впервые осуществлены Э. Л. Андропикашвили (1946). [c.617]

По хим. составу различают одцо-компонентные, или чистые, Ж. и двух-или многокомпонентные жидкие смеси (р-ры). По физ. природе Ж. делятся на нормальные (обычные) Ж., жидкие кристаллы с сильно выраженной анизотропией и квантовые жидкости (жидкие Не, Не и их р-ры). Нормальные чистые Ж. имеют только одну жидкую фазу, Не может находиться в двух жидких фазах — нормальной и сверхтекучей, Не — в нормальной и двух сверхтекучих, а жидкокрист. в-ва — в нормальной и одной или даже неск. анизотропных фазах. [c.191]

Избежав трудных проблем, связанных со строгим рассмотрением взаимодействующей жидкости Бозе—Эйнштейна, Тисса показал, что при определенных дополнительных предположеп1гях его модель не только представляет собой удобный отправной пункт для изучения запутанных явлений в жидком гелии, но что с ее помощью можно предсказывать и новые эффекты [39]. Эти дополнительные предположения касались поведения сконденсированной и обычной частей жидкости. По Тисса, эти части жидкости характеризуются различными гидродинамическими свойствами, а также и разными теплосодержаниями. Если в отношенни неконденсированной нормальной жидкости принимается, что она сохраняет свойства обычной жидкости или пара, то о сконденсированной сверхтекучей жидкости предполагается, что она не может участвовать ни в каких диссипативных процессах. Поэтому, например, колеблющийся в Не II диск будет испытывать трение со стороны нормальной жидкости, тогда как тонкий капилляр позволяет сверхтекучей жид- [c.801]

Несомненный успех двухжидкостной модели в форме, предложенной Тисса, вызвал тенденцию приписывать ей часто больший физический смысл, чем тот, которого вообще можно было от нее требовать. Не говоря уже о том, что в атомных масштабах разделение атомов I от атомов II недопустимо с точки зрения квантовой механики, в этой модели должны возникать и другие трудности. Представление о том, что при абсолютном нуле гелий должен состоять целиком из атомов с нулевым импульсом, оставляет необъясненной одну из замечательных особенностей этого вещества, а именно его большую нулевую энергию. По этой же причине объяснение термомеханического эффекта на основании этой модели является до некоторой степени иллюзорным. Выравнивание разности концентраций в этом случае рассматривается как аналогия осмотической диффузии через полупроницаемый капилляр. Очевидно, однако, что подобный диффузионный процесс не может иметь места в смеси, одна из компонент которой—нормальная жидкость—неподвижна благодаря трению, а другая—сверхтекучая жидкость—имеет нулевой импульс. Эти трудности можно обойти, если приписать сверхтекучей компоненте некоторый импульс, но тогда и без того неясная связь свойства сверхтекучести с конденсацией Бозе—Эйнштейна станет еще более туманной. [c.803]

Как и всякая обычная жидкость, нормальная компонента обладает вязкостью, обусловленной взаимодействием квазичастиц между собой. Нормальная компонента течёт со скоростью так что масса в сверхтекучем Не переносится с двумя скоростями полный поток частиц I = Р4У3 - - Рп п- Когерентное сверхтекучее движение не обладает антропией. Всё тепловое движение в сверхтекучей жидкости связано с её нормальной составляющей. Конвективный обратимый перенос энтропии, характерный для нормальных жидкостей, в сверхтекучей жидкости осуществляется нормальной комио-нентой со скоростью и может происходить без переноса массы, т. е. при = р,п, р дп = 0. Это приводит к существованию двух типов колебаний (звуков) в объёме сверхтекучего Не помимо обычного звука — колебаний плотности и тока (т. и. первый звук), возможно распространение колебаний иного типа — второго звука, представляющего собой волны энтропии, или температурные волны (см. Звук в сверхтекучем гелии). [c.454]

Изучением свойств гелиевых пленок занимался также П. Г. Стрелков (1940). Один из его экспериментов является весьма наглядной демонстрацией механизма сверхтекучего течения по пленке. В этом эксперименте телий II натекал на ленточку, связанную с чувствительными пружинными весами и подогреваемую световым лучом. При этом ленточка выталкивалась из жидкости, что объясняется отсутствием взаимодействия между твердой поверхностью и сверхтекучей компонентой до того, как она, нагревшись, не превратится в нормальную. [c.667]

В 1952 г, имелись весьма скудные сведения о вращении гелия II. В настоящее время причина отрицательного результата эксперимента Андроникашвили вполне ясна. Дело в том, что до остановки сосуда он вращался со скоростью порядка 3 Исек, при которой согласно формуле (2.27) образуется около 6000 вихрей на 1 кв. см. После остановки сосуда эти вихри тормозят движение сверхтекучей компоненты, осуществляя взаимное трение между нею и тормозящейся нормальной компонентой. Ясно, что персистирующий ток сверхтекучей жидкости можно сформировать только в таких условиях, когда число вихрей в сосуде до его остановки невелико (тогда сверхтекучая компонента сможет сохранить часть момента количества движения к концу процесса распада вихрей), или еще лучше, если вращающийся сосуд вообще не содержит вихревых нитей, т. е. ирротационная область (см. п. 5.12) распространяется на весь сосуд. [c.682]

Аналогичные результаты были получены Мамаладзе и Чейшвили прж рассмотрении течения сверхтекучей жидкости в плоской щели с неподвижной нормальной компонентой, когда у = Уз иj [c.690]

Из уравнеиия (15-4) следует, что должен существовать противоток сверхтекучей жидкости к источнику тепла. Энтропия сверхтекучей компоненты равна нулю, поэтому ири ее течении тепло не переносится. Если локальная среднемассовая скорость сверхтекучей ком.поненты достаточ1но мала, то она ие взаимодействует с нормальной компонентой и со стенками канала. Таким образом, устанавливается специфичеокая внутренняя конвекция нормальной компоненты от нагревателя, а сверхтекучей компоненты — к нагревателю этот механизм теплопередачи является весьма эффективным. [c.349]

Опыт Капицы в сочетании с имеющимися экспериментальными результатами привел к созданию двухжидкостнои модели НеП. Сущность модели в следующем. НеП нужно рассматривать как совокупность двух компонентов — сверхтекучего с плотностью ps, не испытывающего сил вязкости, и нормального с плотностью Рп, аналогичного Hel. В такой двухжидкостной гидродинамике (см. [1], гл. XVI [9, 19 10]) плотность жидкости р = pg + р , причем при Т О О и вся жидкость превращается в ПеП при переходе через Л-точку в сторону больших температур, наоборот, pg О, а вся жидкость есть Hel. Кроме того, предполагается, что сверхтекучий и нормальный компоненты свободно без трения перемещаются относительно друг друга. Существенным моментом модели является также тот факт, что движение НеП характеризуется заданием двух векторов скорости v — скорости нормального компонента и Vs — сверхтекучего компонента. Введенных представлений достаточно, чтобы объяснить результаты упоминавшихся экспериментов. Сделаем это, начав с парадокса вязкости. В опытах с крутильными колебаниями диска последний останавливался из-за трения с нормальным гелием (отсюда не Не1 10 Па-с) — сверхтекучий и нормальный компоненты не разделялись. В эксперименте с капилляром протекал только сверхтекучий компонент. [c.113]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...