Нормальная компонента сверхтекучей жидкости

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

Как уже сказано в условии задачи, Не II ведет себя как смесь двух жидкостей — сверхтекучей (s) и нормальной (п) Когда в сообщающихся сосудах с Не II температура одинакова, концентрации сверхтекучего и нормального компонентов в обоих сосудах соответственно одинаковы. Если же температура в одном из сосудов увеличивается, то концентрация сверхтекучего (нормального) компонента в нем уменьшается (увеличивается), так как часть -компонента при этом переходит в нормальную. Возникшая разность концентраций компонентов в разных сосудах будет выравниваться -компонент будет перетекать в более теплый сосуд, а нормальный—наоборот. Но i-компонент свободно перемещается по капилляру, движение же и-компонента связано с трением. В результате в сосуде с более низкой температурой жидкость поднимается, создавая разность давлений Ар (рис. 63). [c.335]

Переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние. В жидком гелии Не при температурах ниже Т = 2,19 К обнаруживаются необычные свойства. Если измерять вязкость гелия методом протекания через щели, то она оказывается равной нулю. При измерениях же этой вязкости методом крутильных колебаний дисков ее величина оказывается конечной, хотя и меньшей, чем в Не выше Гх (Hel). Эти и некоторые другие свойства Не ниже 7 достаточно хорошо объяснены в рамках двухкомпонентной модели, согласно которой ниже Т Не состоит из нормальной компоненты, ведущей себя как обычная жидкость, и особой сверхтекучей компоненты. Первая их этих компонент объясняет опыты с крутильными колебаниями, вторая — с протеканием через щели. Измерение теплоемкости вблизи Тх выявили ее Х-образный характер. Таким образом, Т>. оказалась температурой фазового перехода, причем II рода.. [c.261]

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]

Отсюда видно, что энтропия идеальной сверхтекучей жидкости сохраняется. Отметим, что поток энтропии определяется скоростью нормальной компоненты. Это согласуется с принятым в теории Ландау предположением, что энтропия сверхтекучей компоненты равна нулю. [c.200]

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]

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]

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]

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]

Аксиальные колебания цилиндра. Пусть теперь цилиндрическая поверхность, враш аясь вокруг обш,ей с жидкостью оси, колеблется не вдоль, а вокруг этой оси. В таком случае в классической жидкости характер возникающей в ней цилиндрической поперечной вязкой волны вновь-не зависит от скорости враш,ения. Но аналогичная волна в нормальной компоненте гелия II взаимодействует с вихрями сверхтекучей компоненты, поскольку в ней жидкость движется поперек вихрей. В связи с формулой [c.674]

Анализ выражения (6.24) показывает, что сверхтекучая компонента совершает сложные движения, различные. в разных областях пространства. Вихревые точки (в которых фо = 0) вращаются вместе с нормальной компонентой, а сверхтекучая компонента совершает в их окрестности вращение вокруг отдельных вихрей. Вращаются вместе с нормальной компонентой и центры правильных треугольников, образуемых соседними вихревыми точками. В этих центрах фо = max, а сверхтекучая компонента вращается в их окрестности вокруг оси вращения нормальной компоненты с постоянной линейной (а не угловой ) скоростью. Такое движение является суммой совместного с центром вращения жидкости вокруг оси х — у = = О и обратного вращения вокруг центра с угловой скоростью — о)о (действительно, а>о X — Юо X (г — г с) = о X Гс). [c.689]

Движущаяся сверхтекучая жидкость при наличии нормального к стенке потока вызывает тангенциальные силы, действующие на поверхность твердого тела. Это видно из того, что компонента потока импульса в этом случае отлична от нуля. Действительно, используя первое из соотношений (8.34), находим указанную компоненту [c.61]

Предполагается, что нормальная компонента жидкости ведет себя как обыкновенная классическая жидкость, в то время как сверхтекучая компонента обладает необычными свойствами, а именно [c.420]

Вклад в энтропию жидкости дают только элементарные возбуждения. Таким образом, можно интерпретировать разреженный газ элементарных возбуждений как нормальную компоненту жидкости, а остальную часть жидкости, т. е. среду, в которой возникают возбуждения, рассматривать как сверхтекучую компоненту. При абсолютном нуле 2 ( к) о жидкость содержит только сверхтекучую компоненту. При увеличении температуры величина 2 ) растет, следовательно, увеличивается количество нормальной компоненты жидкости. [c.434]

Однако полный импульс в таком состоянии связан исключительно с элементарными возбуждениями, т. е. с нормальной компонентой жидкости. Интуитивно кажется очевидным, что должны существовать состояния, в которых вклад в полный импульс дает не только нормальная, но и сверхтекучая компонента жидкости. Покажем, что это на самом деле так. [c.436]

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]

Физическая природа электронной теплопроводности сверхпроводника аналогична природе теплопроводности или вязкости сверхтекучей бозе-жидкости. В обоих случаях речь идет о кинетических коэффициентах нормальной компоненты квантовой жидкости—совокупности элементарных возбуждений в ней. Рассмотрим здесь этот вопрос в рамдах той же модели БКШ (Б. Т. Гейликман, 1958). [c.500]

Подобным же образом можно интерпретировать и термомеханичоский эффект. Поскольку в этой модели температура какого-либо объема жидкого Не II определяется относительной концентрацией двух жидкостей, изменение этой концентрации проявляется либо как нагрев, либо как охлаждение жидкости. Аномалии теплоемкости гелия, возникающие при испарении конденсата Бозе—Эйннзтейна, соответствуют, по Тисса, тепловой энергии, необходимой для перевода атомов гелия из сверхтекучего в нормальное состояние. Когда одному из двух объемов жидкости, соединенных между собой капилляром, сообщается тепло, температура этого объема повышается, или, другими словами, в нем возрастает относительная концентрация нормальной компоненты. Это вынуждает сверхтекучую компоненту из другого сосуда перетекать по соединительному капилляру для того, чтобы выравнять возникшую разность концентраций (фиг. 20). Течение сверхтекучей части по капилляру не сопровождается диссипацией и происходит без сопротивления, течение же нормальной жидкости подвержено трению, и потому ее поток в достаточно узком капилляре будет пренебрен имо мал. Таким образом, в этом случае должен наблюдаться перенос гелия из холодного сосуда к подогреваемому, что и имеет место в действительности. Этот процесс подобен осмотическому давлению, причем роль полупроницаемой мембраны играет здесь капилляр или трубка, заполненная порошком. Очевидным следствием этого объяснения, принадлежащего Тисса, является предсказание обратного эффекта, состоящего в том, что при продавливании гелия через тонкий капилляр он должен обогащаться сверхтекучей компонентой и температура его должна падать. Следует отметить, что это предсказание действительно предшествовало открытию механокалорического эффекта, о котором шла речь ранее. [c.802]

Аномально большой перенос тепла в Не II также хорошо объясняется в рамках двухжидкостной модели. Явление это во многом подобно термо-механлчсскому эффекту, за исключением того, что связь между двумя сосудами осуществляется не по тонкому капилляру, а по достаточно широкой трубке, по которой возможно течение нормальной жидкости без чрезмерного трения. Подводимая к одному из сосудов мощность будет вызывать увеличение концентрации нормальной компоненты, что приведет к появлению течений жидкости для восстановления равновесно11 концентрации. Однако в этом случае течение сверхтекучей жидкости но направлению к нагревателю будет компенсироваться противотоком нормальной жидкости ц обратном направлении. Энергия, которую необходимо сообщить единице массы сверхтекучей жидкости для перевода ее в нормальную жидкость, равна полной тепловой энергии при этой температуре, так как энергия конденсата Бозе—Эйнштейна равна нулю. Поэтому-то противотоки в жидком Не II являются особым внутренним конвективным механизмом, переносящим огромную тепловую энергию. Более того, весьма правдоподобно, что такой сложный процесс передачи тепла можно использовать для объяснения наблюдаемой зависимости теплопроводности Не II от градиента температуры. [c.802]

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]

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]

Для простоты мы в этом историческом обзоре опустили описание работ над разбавленными растворами Не в Не , которые проводились еще за год до первого ожижения чистого Не . Первый подобный эксперимент выполнили Доунт, Пробст и Джонстон [67], показавшие, что Не не увлекается сверхтекучим течением. Оказалось, что, если Не II переносится по пленке на твердой поверхности или перетекает через узкую щель, примеси Не не участвуют в этом движенпи и поэтому отфильтровываются. Вскоре было обнаружено, что это же имеет место и и макроскопических объемах жидкости в двухжидкостной модели Не переносится, таким образом, только нормальной компонентой. Если, в частности, к жидкости подводится тепло. Не будет двигаться вместе с тепловым потоком и его распределение но объему жидкости станет неравномерным. Это явление приводило к значительным ошибкам в первоначальных измерениях парциальных давлений над растворами различных концентраций. Оно послужило также основой для одного из методов разделения изотопов гелия [68]. [c.817]

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]

Из ур-ний гидродинамики следует возможность распространения в Не II двух типов звуковых волн (см. Звук в сверхтекучем гелии) — волн плотпости (первый звук) и температурных воли (второй звук), а также волн 4-го звука, распространяющихся в узких капиллярах в условиях заторможенного нормального компонента. Двухскоростная гидродинамика объясняет термомеханический эффект — возникновенио разности давлений при наличии разности темп-р в двух сообщающихся сосках с Не И, разделённых пористой перегородкой, а также обратный механокалорический эффект — охлаждение жидкости при пропускании её через пористую перегородку. [c.573]

Доля жидкости, принимающая участие в сверхтекучей движении, наа. сверхтекучей компонентой. Плотность сверхтекучей компоненты в жидком Не при Т = о совпадает с полной плотностью жидкости р и уменьшается с повышением темп-ры до нуля пря Т = 7 с. Значение р, отлично от нуля только в сверхтекучем состоянии, поэтому часто комплексный параметр порядка ф выбирают так, чтобы ф = р,. Остальная часть жидкости с плотностью Рп = Р Р образует нормальную компоненту, ирн низких темп-рах представляющую собой совокупность элементарных возбуждений (квааичастиц) двух типов — фононов и ротонов (см. Ландау теория сверхтекучести). Величина р при низких Т определяется спектром элементарных возбуждений е(р) [c.454]

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]

Трусделл указывает, что такой подход восходит к Максвеллу [320] и что уравнения (3.33), предложенные Стефаном [300], описывают движение смесп 71деальных жидкостей. Пригожин и Мазур [313] использовали уравнения (3.33) для описания течения смеси сверхтекучей и нормальной компонент жидкого гелпя [217]. При отом они отметили, что в случае газов парциальные давления определяются как = N P, где Р — суммарное давление Ng — массовая онцентрация компонент (закон Дальтона). [c.30]

Течение гелия II в широких щелях и в больших объемах. Встречное движение сверхтекучей и нормальной компонент в большом объеме гелия II изучено в работах П. Г. Стрелкова (1940), наблюдавшего специфический радиометрический эффект в гелии II. Специфика этого эффекта заключается в том, что при переходе через Я-точку он меняет знак. В гелии II освеш,аемый диск не притягивается к лучу света, как в обычных жидкостях и в гелии I, а отталкивается им. Это явление связано с тем, что, хотя надвигаюш аяся на освещаемое крылышко крутильных весов сверхтекучая масса и обтекает его потенциально, не оказывая давления, однако нормальная компонента (тепловые возбуждения), зарождающаяся на нагретой поверхности и удаляющаяся от нее, оказывает на крылышко реактивное действие. [c.666]

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]

В формуле ( 15-3) используется полная энтршия единицы объема жидкости р5 вместо энтропии нормальной компоненты рп , что можно делать, поскольку энтропия сверхтекучей компоненты равна нулю, р5=рп п-1-р,5 ., [c.349]

Сущность механизма йлн механизмов, ответственных за это отклонение, до. настоящего времени е установлена. Можно отметить модель, предложенную Кронигом и сотр. [12, 13, 37], которые рассматривали механизмы сопротивления в основной массе жидкости, связанные с дисоипативными процессами в нормальной компоненте, и модель, предложенную Гортером и сотр. [14], в которой учитывается скорость превращения нормальной компоненты в сверхтекучую. Важное значение может иметь полное или частичное исчезновение сверхтекучести, овязааное либо с критическим перетоком тепла, либо с состоянием термодинамического равновесия жидкости вблизи нагретой поверхности. Если принять, что вблизи нагретой поверхиости Ж1Идкость является сплошной средой, то по мере повышения темлературы кривая пересекает продолжение 1-линии и переходит из области метастабильного [c.356]

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]

Э. Л. Андроникашвили измерил плотности ps и р компонент в опытах с вращением стопки металлических дисков, находящихся в сосуде с жидким гелием и подвешенных на упругой нити. Идея этого изящного опыта состояла в том, что нормальный компонент, обладающий вязкостью, должен вовлекаться дисками во вращательное движение и система будет обладать тем большим моментом инерции, чем больше масса жидкости, в то время как сверхтекучий компонент не должен участвовать в движении (у него нет вязкости), поэтому его момент инерции должен совпадать с моментом инерции пустого сосуда [25]. [c.114]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...