Сверхтекучая компонента поток

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]

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]

Механокалорический эффект (рис. 5.5 б) объясняется тем, что сверхтекучее движение не связано с переносом тепла вытекает из сосуда главным образом сверхтекучий компонент, а теплового потока нет поэтому внутри сосуда повышается температура оставшейся там меньшей массы жидкости. В опыте, схема которого приведена на рис. 5.5а, с увеличением температуры при нагревании возрастает р , что приводит к движению сверхтекучего компонента, создающего своим притоком в месте нагрева термостатическое давление. В результате из конца трубки бьет фонтан жидкого гелия. [c.113]

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]

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]

Если между сосудами на фиг. 11.3, разность давлений в которых поддерживается постоянной, возникает поток массы от Л к В, то сосуд в начинает охлаждаться. Это явление называется механокалорическим эффектом. Если расширить двухжидкостную модель и предположить, что сверхтекучая компонента обладает [c.357]

Граничные условия к гидродинамическим уравнениям сверхтекучей жидкости заключаются в следующем. Прежде всего на всякой (неподвижной) твёрдой поверхности должна обращаться в нуль перпендикулярная к этой поверхности компонента потока массы ]. Для выяснения граничных условий, налагаемых на у , надо вспомнить, что нормальное движение есть в действительности движение газа элементарных тепловых возбуждений в нём. При движении вдоль твёрдой поверхности кванты возбуждения взаимодействуют с ней, что должно быть описано макроскопически как прилипание нормальной части массы жидкости к стенке, подобно тому как это имеет место для обычных вязких жидкостей. Другими словами, на твёрдой поверхности должна обращаться в нуль тангенциальная компонента скорости у . [c.626]

Конденсатная ф-цпя -ф должна быть непрерывной, поэтому её фаза ф при обходе по замкнутому контуру может меняться лишь на 2nN, где N — целое число. Это означает, что циркуляция скорости сверхтекучей компоненты по любому замкнутому контуру может принимать только дискретные значения N-hlm. Поэтому сверхтекучая компонента — это не просто идеальная жидкость с потенц. течением, она обладает особыми макроскопич. квантовыми св-вами. Во-первых, при течении сверхтекучей компоненты по каналу, замкнутому в кольцо, циркуляция скорости Vs вдоль канала квантуется с квантом циркуляции hlm. Под влиянием внеш. воздействия скорость течения не может уменьшаться непрерывно, а только скачком. В процессе скачкообразного перехода от течения с N квантами циркуляции к течению с N—1 квантами требуется разрушить сверхтекучее состояние (обратить в нуль) в нек-рой области и, следовательно, преодолеть большой потенц. барьер. Поэтому течение в замкнутом канале чрезвычайно устойчиво. Во-вторых, в сверхтекучей компоненте могут существовать т. н. квантованные вихри (Л. Онсагер, 1948 Р. Фейнман, 1955, США) с циркуляцией вокруг оси вихря, принимающей дискретные значения. В отличие от вихрей в обычной жидкости (см. Вихревое движение), эти вихри устойчивы и не исчезают под влиянием вязкости норм, компоненты. На оси этих вихрей ij), а вместе с ней и обращаются в нуль. Квантованные вихри осуществляют вз-ствие между сверхтекучей и норм, компонентами сверхтекучей жидкости. Их рождение приводит хотя и к слабому, но конечному затуханию потока сверхтекучей жидкости в замкнутом канале. При нек-рой скорости движения сверхтекучей компоненты относительно норм, компоненты или стенок сосуда квантованные вихри образуются столь интенсивно, что сверхтекучая компонента начинает испытывать трение со стороны норм, компоненты или стенок сосуда. В рамках этой теории С. пропадает при скоростях, существенно меньших скоростей по теории Ландау и более близких к реальным значениям критич. скорости. Квантованные вихри наблюдаются экспериментально при вращении сосуда с Не II. При достаточно большой угл. скорости UI вращения сосуда они образуют вихревую систему со ср. скоростью совпадающей со скоростью твердотельного вращения [ , г]. Кроме того, в экспериментах с ионами, инжектируемыми в Не II, обнаружены квантованные вихри, имеющие форму кольца. [c.663]

Уравнение, соответствующее закону сохранения энергии, требует дополнительного рассмотрения. В предлагаемой модели мы не можем получить выражения для потока энергии Ле, так как неизвестно, каким образом энергия са,, содержащая скорость звука, зависит от р и р . Вследствие этого нельзя определить, какая часть плотности энергии (18.72) относится к сверхтекучей, а какая — к нормальной компонентам жидкости ). Поэтому мы воспользуемся другим способом, основанным на следующих соображениях (см. [18]). [c.446]

Сконденсированная компонента из Л о атомов будет течь с нулевой вязкостью до тех пор, пока поток не создаст в сверхтекучей жидкости возбуждения, т. е. до тех пор, пока хотя бы один из атомов не перейдет с основной орбитали на возбужденную. Такие переходы могут обусловливаться столкновениями атомов гелия с неоднородностями стенок трубки, через которую эти атомы проходят. Если подобные переходы возникают, то они приводят к потерям энергии и импульса у движущейся жидкости, и поток начинает испытывать сопротивление. [c.239]

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]

Впоследствии это граничное сопротивление исследовалось рядом авторов, а Гор-тер, Таконис и др. [121] и Халатников [122] предложили соответствующие теоретические интерпретации. Первые авторы предположили, что это явление, по-видимому, происходит в самой жидкости в непосредственной близости от твердой стенки. Они оценили разность температур жидкости в направлении, перпендикулярном твердой поверхности, которую надо поддерживать для того, чтобы скорость перехода сверхтекучей компоненты в нормальную соответствовала полному тепловому потоку. Объяснение Халатникова основано на том, что это контактное сопротивление должно наблюдаться на границах любых тел и оно становится особенно заметным в Не II вследствие его большой теплоироводпости. По Халатникову, передача тепла от металла к жидкости происходит посредством излучения звуковых волн, и как выше, так и ниже 0,6° К коэффициент теплопередачи должен быть пропорционален Т . [c.848]

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]

В отличие от обычной сверхтекучести, в Не—5 наряду с бездиссипативным переносом намагниченности, возникающим вследствие образования когерентного состояния, при наличии градиентов углов аир обязательно присутствуют и диффузионные диссипативные спиновые потоки. Спиновая диффузия, а также др. механизмы диссипации приводят к несохранению параллельной полю компоненты намагниченности, что соответствовало бы несохранению массы сверхтекучей компоненты в Не или несохранению заряда в сверхпроводниках. [c.632]

Персистирующие круговые потоки сверхтекучей компоненты. .. 682 6. Феноменологическая теория сверхтекучести вблизи -точки............683 [c.649]

Персистирующие круговые потоки сверхтекучей компоненты. Хорошо известно, что в сверхпроводящем кольце электрический ток яе испытывает никакого затухания неограниченно долго после выключения источника. Казалось бы, сверхтекучая компонента, не обладающая вязкостью, тоже могла бы неограниченно долго вращаться после прекращения вращения сосуда. Первая попытка обнаружить такой персистиру-ющий ток сверхтекучей жидкости была предпринята Э. Л. Андроникашвили (1952), однако результат его эксперимента бы отрицательным. [c.682]

Таким образом, плавное увеличение потока должно привести к внезапному срыву сверхтекучести при критическом (а не максимальном) значении скорости ис, причем плотность сверхтекучей компоненты обращается в нуль скачком (Ю. Г. Мамаладзе и О. Д. Чейшвили, 1966). [c.690]

Подставляя решение в виде бегущей волны, находим закон дисперсии для второго звука = S / sT/[(/ s y)f ], т.е. скорость второго звука = [S" PsT pn v)Y/ , где Су — теплоемкость единицы массы при постоянном объеме. В такой волне j и О (колебания происходят при постоянном объеме или давлении, причем су Ср), но тогда Vn pslpn)vs, т.е. сверхтекучий и нормальный компоненты колеблются в противофазе таким образом, суммарного потока вещества нет, поскольку скорость v центра масс компонентов близка к нулю (в то же время существует относительное движение сверхтекучего и нормального компонентов). Если вспомнить, что сверхтекучий компонент не переносит тепла, то становится понятным, что волны второго звука связаны с колебаниями температуры, а не плотности (в этом смысле показательно то, что в волновом уравнении для второго звука переменной является Т ). Уникальность НеП в том, что в нем существуют температурные волны, т.е. обратимые температурные возмущения, в отличие от необратимого распространения таких возмущений путем теплопроводности в других веществах. Следует заметить, что по отдельности оба компонента жидкого гелия испытывают сжатия и разрежения. Такие сжатия и разрежения сверхтекучего компонента, который, как уже говорилось, не переносит энтропия, сопровождаются обратимыми увеличениями и уменьшениями температуры. Сила, противодействующая этим изменениям, т. е. возвращающая сила, связана с градиентом химического потенциала (он вызван изменением температуры без изменения давления). Из уравнения движения для сверхтекучего компонента d s/dt = —V/x следует, что градиент химического [c.115]

В стационарном потоке сверхтекучей компоненты дvJдt = 0, поэтому VP = sVT. Это означает, что если температура в двух точках на линии тока отличается на АГ, то давление в них должно различаться на величину [c.448]

Рассмотрим два сосуда с НеП, соединенные тонким капилляром (фиг. 11.3). Будем поддерживать плотность р и разность температур в обоих сосудах постоянными. Тогда возникает поток сверхтекучей компоненты через капилляр, который продолжается до тех пор, пока увеличение давления ДР не становится равным АР = psAT, где s — удельная энтропия. Это явление [c.357]

Двухкомнонентность Не II позволяет объяснить ряд наблюдаемых эффектов при вытекании Не II из сосуда через узкий капилляр темп-ра в сосуде повышается, т. к. вытекает гл. обр. сверхтекучая компонента, не несущая с собой теплоты (т. н. м е х а н о к а-лорический эффект) при создании разности темп-р между концами закрытого капилляра с Не II в нём возникает движение — сверхтекучая компонента движется от холодного конца к горячему и там превращается в нормальную, к-рая движется навстречу, при этом суммарный поток отсутствует (термомеханический э ф ф е к т). В Г. ж. наряду с обычным звуком может распространяться т. н. второй звук. Св-ва Г. ж. Не существенно отличаются от св-в жидкого Не, что связано не только с различием масс атомов Не и Не, но и с их квантовомеханич. особенностями (атомы Не — бозоны, атомы Не — фермионы). Сверхтекучим Не становится при очень низкой темп-ре ( 2,6 мК) под давлением 34 атм. У Не существует две сверхтекучие фазы анизотропная (фаза А) и изотропная (фаза В). Переход обычного Не в фазу Не-Л относится к фазовым переходам II рода, а переход Не-Л -> He-J — к фазовым переходам I рода (возможны эффекты перегрева и переохлаждения). Л-фаза существует в температурном интервале 2,6—2 мК, фаза В — при Т- 2 мК (температурные границы существенно зависят от давления). [c.112]

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]

Квантование циркуляции —фундам. свойство Не—II. Оно за[]рещает как непрерывное уменьшение интенсивности вихрей под действием вязкости, так и рождение вихрен с произвольной величиной циркуляции, что обеспечивает незатухающий характер сверхтекучего движения. (Существование конечной критвч. скорости течения сверхтекучего Ые—II по тонким трубкам обусловлено рождением К. в. при достижении потоком скорости t, ,— (и/2лЛ) In (Rja) (а — толщина ядра вихря, R — радиус капилляра). Движением К. в. обусловлено также трение между сверх-Гикучим и нормальным компонентами и квантование разности давлений в сосудах, сообщающихся через достаточно узкое отверстие (ме-ханнч. аналог Джозефсона эффекта). [c.267]

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]

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]

Эффекты, сопутствующие сверхтекучести. В сверхтекучей жидкости, кроме обычного (первого) звука (колебаний плотности), может распространяться т. н. второй звук, представляющий собой звук в газе квазичастиц (колебания плотности квазичастиц, следовательно, и темп-ры). Возможны и иные виды колебаний капиллярные волны, звук, колебания сверхтекучей части жидкости в узких капиллярах (т. н. четвёртый звук) и др. Сверхтекучая жидкость обладает аномально высокой теплопроводностью, причиной к-рой явл. конвекция — теплота переносится макроскопич. движением газа квазичастиц. При нагревании Не II в одном из сообщающихся (через капилляр) сосудов между сосудами возникает разность давлений (термо-механический эффект). Этот эффект объясняется тем, что в сосуде с большей темп-рой повышена концентрация квазичастиц. Из-за того, что узкий капилляр не пропускает вязкого потока норм, компоненты, возникает избыточное давление газа квазичастиц, подобное ос.чотическому давлению в р-ре. Существует и обратный эффект (т. н. механокалорический эффект), при быстром вытекании Не II из сосуда через капилляр темп-ра внутри сосуда повышается (в нём увеличивается концентрация квазичастиц), а вытекающий гелий охлаждается. Интересными св-вами обладает сверхтекучая [c.664]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...