Движение сверхтекучей компоненты

Подобные формулы получены и для движения сверхтекучей компоненты в пористой среде, узость каналов которой предотвращает движение нормальной компоненты [c.691]

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]

Движение сверхтекучей компоненты 433 [c.435]

ДВИЖЕНИЕ СВЕРХТЕКУЧЕЙ КОМПОНЕНТЫ [c.435]

Движение сверхтекучей компоненты 435 [c.437]

Движение сверхтекучей компоненты 437 [c.439]

Этот результат свидетельствует о том, что химический потенциал жидкого гелия ц играет роль эффективной потенциальной энергии при движении сверхтекучей компоненты. Механическое уравнение движения принимает поэтому вид [c.260]

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]

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]

Итак, сверхтекучее движение в бозе-жидкости характеризуется полем скоростей V5 и двумя величинами, имеющими смысл плотности массы плотностью сверхтекучей компоненты Qs и плотностью массы конденсата где Ф(г, ) — волновая функция (8.4.21). Вообще говоря, Q определяется независимо от скорости v , в то время как определение Qs следует из формулы (8.4.50) для плотности импульса в системе координат, движущейся со скоростью v . Поэтому нет никаких оснований отождествлять плотность сверхтекучей компоненты с плотностью конденсата. Как уже отмечалось, даже при Т = О, когда Qs = Q-, плотность конденсата Q в Не II составляет всего нескольких процентов от д. [c.196]

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]

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]

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]

Здесь /X — химический потенциал, который в линейном приближении удовлетворяет тождеству й/х = —ЗйТ - - (1// )ф. Заметим, что появление градиента в уравнении движения для сверхтекучего компонента отражает факт потенциальности движения. Путем простых преобразований исходную систему можно записать в виде двух уравнений [c.114]

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]

Пусть плотность кинетической энергии относительного движения нормальной и сверхтекучей компонент определяется формулой [c.446]

Наряду с турбулентным вихревым движением сверхтекучей компоненты наблюдаются и отд. процессы проскальзывания фазы при течении сверхтекучей жидкости через узкое отверстие [О. Авеноль, Э. Вароко (О. Ауе-пе1, В. Varoquaux), 1985], соединяющее два сообщаю- [c.455]

Квантованные вихри возникают ве только как ме-тастабильные образования в дина.чич, процессах сверх- I текучего движения. Во вращающемся с угл. скоростью W сосуде со сверхтекучей жидкостью периодич. решётка вихрей является осн. состоянием системы, аналогичным решётке вихрей Абрикосова, возникающей в сверхпроводниках 2-го рода в магн. поле. Это связано с тем, что во вращающемся сосуде минимум энергии системы соответствует твердотельному вращению всей жидкости со скоростью = 4 = Ivtr], т. е. rot j = 2hi, но такое состояние не реализуется из-за потенциальности движения сверхтекучей компоненты в Не. Система параллельных квантованных вихрей с циркуляцией hlm в каждом вихре создаёт ср. завихренность единице площади. В равновесии п =2(mlh)u , и вихри имитируют твердотельное вращение сверхтекучей жидкости со ср. скоростью = ([wr]). [c.455]

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]

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]

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]

По совр. представлениям, критерий Ландау не является определяющим для решения вопроса о сверхтекучести квантовой жидкости. Имеются примеры сверхтекучих систем, где критерий Ландау заведомо нарушен (бесщелевые сверхпроводники, сверхтекучая А-фаза Не). Фундаментальным свойством сверхтекучих систем является наличие сверхтекучего компонента — макросконич. фракции жидкости, движение частиц к-рон когерентно (см. Гелий жидкий, Сверхтекучесть, К огерентмос ть). [c.574]

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]

Отсутствие диссипации пря стационарном течении сверхтекучей компоненты обнаруживается при наблюдении долгоживущего циркуляц. движения жидкости в кольцевом канале. В силу непрерывности параметра порядка фаза ф может измениться при обходе канала лишь на 2лК, что приводит к квантованию циркуляции сверхтекучей скорости fv dr = (hlm)N. Тем самым всевозможные течения разбиваются на классы течений, характеризуемые целочисленным инвариантом N. Течения внутри одного класса с данным N могут непрерывно переходить друг в друга, а переходы между течениями разных классов требуют [c.454]

Действительно, скорость течения сверхтекучей компоненты Не выражается через градиент фазы D., = (/t/w)V(p, где т — масса атома Не. Циркуляция скорости выражается через изменение фазы S(p при обходе линии вихря по произвольному замкнутому контуру у и равна (2пй/т)5ф, Однозначной волновая ф-ция Ф будет лишь при условии, что изменение фазы 5ф = 2я7У, где ЫеЖ, т. е. имеет место квантование циркуляции скорости при обходе вокруг линии вихря. Поскольку бф = 2лЛ при обходе по любому сколь угодно малому контуру у, это означает, что сама фаза не может быть однозначно определена на линии вихря, т. е. это действительно особая линия. Именно в силу квантования циркуляции интенсивность вихря лишена возможности уменьшаться непрерывным образом под действием вязкости. С др. стороны, запрещено возникновение вихрей с произвольной циркуляцией. Все это и обеспечивает незатухающий характер сверхтекучего движения в Не. Значению N=Q соответствуют безвихревые, или потенциальные, течения Не. Топологич, свойства сверхпроводников совпадают со свойствами сверхтекучего Не. [c.138]

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]

ИГ Р 5.1. Вступительные замечания. В соответствии с теорией Ландау, с одной стороны, и с теорией Онзагера — Фейнмана, с другой, могут наблюдаться три типа вращения. Одно из них, вращение нормальной компоненты при неподвижной сверхтекучей, может наблюдаться только при очень малых угловых скоростях (формула (2.26 ) дает Юкр Ю" Исек при Д i см). Второй тип вращения, обусловленный системой вихревых нитей, реализуется в обычных условиях. Третьим типом движения является потенциальное вращение сверхтекучей компоненты, происходящее в отсутствие вихревых нитей и реализуемое в так называемых ирротационных областях (см. ниже). Большинство исследований как в СССР, так и за рубе- [c.672]

Впоследствии персистирующие токи были обнаружены в работах английских и американских физиков ) и дальнейшее развитие этих работ привело к Созданию сверхтекучих гироскопов ), в которых сверхтекучая компонента вращается по закону = Г/(2я г). При изменении температуры гироскопа в пределах Т <С. Т% момент количества движения меняется обратимым образом пропорционально Рв (в связи с сохранением циркуляции). Это обстоятельство позволило установить закон зависимости Ре от температуры в окрестности Я,-точки ) [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]

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]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...