Гелий II, нормальная компонент

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]

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]

Релаксационные явления. Гелий I в гидродинамическом отношении является обычной классической жидкостью. В равномерно вращающемся сосуде он вращается как целое. Для гелия II равновесным является более сложный характер вращения. Как уже неоднократно отмечалось, только его нормальная компонента вращается как целое. [c.677]

Максимальная и критическая скорости. Из уравнения (6.17) (см. подстрочное примечание к этому уравнению) следует, что в неограниченном по объему гелии II плотность сверхтекучей компоненты определяется скоростью ее движения относительно нормальной компоненты [c.690]

Влияние примесей на термодинамические свойства гелия II было рассмотрено И. Я. Померанчуком (1949). В частности, им было показано, что нормальная компонента плотности раствора р = р о + Pni суш е- твенным образом зависит от вида энергетического спектра примесных возбуждений (здесь р о — плотность нормальной компоненты чистого те ЛИЯ II, Pni — добавка к ней, обусловленная наличием примесей). [c.698]

РИС. 15.2. Массовые концентрации нормальной и сверхтекучей компонент в жидком гелии II. [c.348]

Относительное движение компонент сверхтекучей и нормальной можно вызвать с помощью периодически изменяющего свою температуру тела, погруженного в гелий II. Рассмотрим, например, излучение звука от неподвижной твердой плоскости с периодически меняющейся температурой. [c.71]

Необходимое условие для критической скорости (29) является более общим результатом, чем приведенные выше результаты расчета. Наши вычисления свидетельствуют о том, что тело будет двигаться без сопротивления через жидкий Не II при абсолютном нуле, если скорость тела V меньше критической скорости Ус. Однако при температурах, больших абсолютного нуля, но меньших температуры бозе-конденсации, будет существовать нормальная компонента жидкости, т. е. нормальная компонента элементарных возбуждений. Нормальная компонента жидкости служит источником сопротивления движению тела. Впервые сверхтекучесть была обнаружена в опытах, в которых жидкость вытекала из боковой стенки сосуда через тонкую трубку. Нормальная компонента жидкости может оставаться в сосуде, тогда как сверхтекучая компонента вытекает без торможения. Приведенный выше вывод выражения для критической скорости справедлив и в том случае, когда скоростью V считается скорость сверхтекучей жидкости относительно стенок трубки, а Мо — масса жидкости. При скорости, большей Ус, возбуждения будут возникать в результате взаимодействия потока жидкости с любыми механическими неоднородностями стенок. (Более подробно теория гелия II и, его свойства рассмотрены в обзорах [95—97 ].) [c.242]

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]

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]

Эти эксперименты важны и тем, что в них впервые была измерена энтропия нормальной компоненты гелия II, которая меняется в зависимости от температуры в полном соответствии с теорией Ландау. Одновременно П. Л. Капица произвел подробное изучение термомеханического-эффекта, и обратного ему механокалориметрического эффекта. [c.665]

Впоследствии движение гелия II через тонкие капилляры подробно изучалось многими авторами в разных странах. Эти эксперименты имели две модификации течение сверхтекучей компоненты навстречу теплу в условиях неподвижности нормальной компоненты и встречное течение компонент — сверхтекучей к источнику тепла и нормальной от него. Однако, коль скоро эти эксперименты долгое время не связывались с теорией Ландау, они носили в основном чисто эмпирический характер. Впервые теорию Ландау к встречному движению нормальной и сверхтекучей компонент в капиллярах применил Э. Л. Андроникашвили (1949), который показал, что в капиллярах шириной порядка 10 (х течение нормальной компоненты имеет пуазейлев характер и температурная зависимость вязкости нормальной компоненты в докритическом режиме точно следует характеру этой кривой, измеренной по затуханию колебаний диска (см. [c.665]

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]

Казалось бы, что наличие в гелии II специфического конвекционного механизма теплопередачи, объясняемого встречным движением сверхтекучей и нормальной компонент, должно было бы обеспечить отсутствие температурных градиентов на границе твердого тела, рассеивающего тепло. Однако П. Л. Капица (1941) обнаружил температурные скачки вблизи нагретых поверхностей, погруженных в гелий И. Впоследствии это явление было более подробно изучено Э. Л. Андроникашвили и Г. Г. Мирской (1955), которые показали, что в тонких пристенных слоях градиент температуры может достигать 2000 epadI M и что скачок температуры вдали от Я-точки пропорционален 1/Т . Этому явлению, получившему название скачка Капицы, посвящено большое количество работ, проведенных в различных странах. Теория этого явления дана И. М. Халатниковым (1952) (см. также И. Л. Бекаревич и И. М. Халатников, 1960), который показал, что решающим фактором является акустическая жесткость материала тепловыделяющего тела (произведение плотности на скорость звука). Именно соотношение между акустическими жесткостями твердого тела и жидкого гелия определяет выход фононов из нагретого тела в гелий II. [c.666]

Аксиальные колебания твердой поверхности в гелии II. Гидродинамические задачи об аксиальных колебаниях диска или стопки дисков в гелии II решены в работах Э. Л. Андроникашвили (1946, 1948, см. также 1958) в связи с проведенными им измерениями плотности и вязкости нормальной компоненты. Решение системы (2.14)—(2.22) сводится в этом случае к решению уравнений Навье — Стокса при граничных условиях 1 2 = О, 1 ф = гафоГ ехр (га )- Оно показывает, что колебания генерируют в нормальной компоненте обычные вязкие волны (ср. Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, 1953) [c.667]

Распространение в гелии II температурных волн, в которых происходят встречные колебания сверхтекучей и нормальной компонент (или, что то же самое, звук распространяется по газу тепловых возбуждений), было предсказано до Л. Д. Ландау и другими учеными (см. Л. Тисса, Nature, 1938, [c.669]

Зная скорость второго звука, энтропию, которая была измерена в экспериментах Капицы (1941), а также теплоемкость гелия II, В. П. Пешков (1946) определил температурную зависимость нормальной компоненты, которая в пределах точности эксперимента совпала с данными Э, Л. Андроникашвили (рис, 4). [c.670]

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]

Для понимания основных закономерностей переноса тепла в жидком гелии II существенным является следующее обстоятельство. Эффективность процесса переноса обусловлена отсутствием взаимодействия сверхтекучей компоненты с нормальной компонентой или со стенками сосуда. Как для переноса массы, так и для переноса тепла сверхтекучая компонента должна обладать количеством движения н кинетической энерпией, а это может привести к возбуждению частиц сверхтекучей компоненты я их взаимодействию с нормальной компонентой или граничными поверхностя ми. Следовательно, существует некоторое пороговое значение кинетической энергии, определяющее максимальную скорость течения, в котором отсутствуют трение и перенос тепла. Возмущения, которые развиваются в сверхтекучей компоненте выще этого порога, многие авторы связывают с возникновением турбулентности в сверхтекучей компоненте [7]. Часто наблюдается вторая критическая ситуация, которая является следствием развития обычной турбулентности в нормальной компоненте. [c.349]

Интеграл ) в (7) определяет число ато.мов Л/е(т) на всех возбужденных орбиталях, причем п(е, т)—функция распределения Бозе — Эйнштейна. Этот интеграл дает лишь число атомов на возбужденных орбиталях и не учитывает атомы на основной орбитали, так как при е = О функция (е) равна нулю. Для правильного определения числа атомов мы должны отдельно найти заселенность Л о орбитали с е = 0. Хотя речь здесь идет всего только об одной орбитали, значение Мо для газа бозонов может быть очень велико. Это обстоятельство играет исключительно важную роль лишь для бозонных газов. В дальнейшем мы будем называть Мо числом атоыов сверхтекучей компоненты, а Л е — числом атомов нормальной компоненты жидкого гелия II. Основная особенность результатов, которые будут получены ниже, состоит в том, что при низких температурах химический потенциал ц в энергетической шкале расположен намного ближе к основной орбитали, чем первая возбужденная орбиталь. Эта близость ц, к основной орбитали приводит к тому, что большая часть системы оказывается именно на ней. [c.234]

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]

Фэрбенк II Уилкс [120] для исследования этого граничного сопротивления использовали прибор, изображенный на фиг. 65. Они добавили третий термометр Т. , который вместе с нагревателем был заключен внутри блока из очень чистой меди и находился с ним н хорошем тепловом контакте. При подводе большого количества тепла от нагревателя было обнаружено, что разность температур между Т. и становится много больше, чем между Тп и 7. Это означало, что большая часть теплового сопротивлеиня сосредоточена на границе раздела между медью и жидким гелием. Измеряя тепловой ноток через эту границу при данной разности температур А , они получили зависимость, приведенную на фиг. 67. Перепад температур в этих экспериментах менялся на порядок величины, причем ноток тепла оказывался ему пропорциональным. Величина потока тепла через границу оказалась пропорциональной 7 , причем никаких изменений этого закона при 0,6° К не было замечено. Поэтому Фэрбенк и Уилкс пришли к выводу, что процесс, рассмотренный Халатниковым, скорее ответствен за появление граничного сопротивления, чем переход сверхтекучей компоненты в нормальную. [c.849]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...