Компонент гелия нормальный, сверхтекучий

Пока еще нет полного объяснения всех свойств жидкого гелия, однако многие явления хорошо согласуются с так называемой двухжидкостной моделью . Эта модель является рабочей гипотезой, хотя и не вскрывает всей глубины происходящих явлений. По двухжидкостной модели НеИ состоит из двух жидкостей нормального жидкого гелия Не и из второй сверхтекучей компоненты. Принято, что в сверхтекучей компоненте отсутствуют тепловые возбуждения, она имеет нулевую энтропию и не имеет вязкости. Плотность жидкого НеП можно рассматривать как состоящую из нормальной компоненты р и сверхтекучей р [c.137]

Обсуждение результатов. Все казалось бы на первый взгляд сложные закономерности, управляющие теплопередачей и термомеханическим эффектом, легко интерпретируются с помощью гидродинамических представлений теории Ландау. Применение уравнений гидродинамики к явлениям переноса тепла основано на предположении о том, что но направлению к источнику тепла двигается сверхтекучая компонента гелия П, обладающая нулевой энтропией. От теплорассеивающей поверхности движется, наоборот, нормальная часть жидкости, уносящая с собой выделяющееся тепло. [c.487]

Таким образом, гелий П при температурах выше О К состоит из гелия в основном квантовом состоянии или сверхтекучей компоненты и гелия в возбужденных квантовых состояниях — нормально й компоненты . Сверхтекучая и нормальная компонента в пространстве неразделимы. Энтропия сверхтекучей компоненты равн а нулю. Энтропия нормальной компоненты растет с повышением температуры. Вязкость сверхтекучей компоненты отсутствует. Нормаль -ная компонента имеет вязкость хоть и малую, но измеримую. [c.244]

Наконец, следует упомянуть, что в НеН, помимо распространения обычных звуковых волн, существует второй звук, представляющий периодическое колебание концентраций сверхтекучей и нормальной компонент, сопровождаемое температурными изменениями. Второй звук может быть вызван нагревателем, работающим в импульсном режиме. Существуют и другие виды распространения колебаний в НеП. Многообразие и необычность явлений, свойственных жидкому гелию, поведение которого определяется [c.139]

Своеобразным является метод разделения изотопов гелия ( Не и Не), основанный на интересных свойствах жидкого гелия при низких температурах. При охлаждении до 2,19° К жидкий гелий переходит в особое состояние (гелий И), в котором он, как это открыл П. Л. Капица, обладает весьма малой вязкостью (сверхтекучестью). Согласно Л. Д. Ландау, гелий II может быть формально представлен в виде смеси двух жидкостей — нормальной и сверхтекучей. При течении они не обмениваются энергией, т. е. как бы образуют два независимых потока, движущихся один относительно другого без трения. Если нагреть один конец столба жидкого гелия II, то нормальный и сверхтекучий компоненты диффундируют в противоположных направлениях. Так как Не (как и всякая примесь к Не) не входит в состав сверхтекучего компонента, то он будет переноситься в направлении тока нормальной составляющей, которая течет от более высокой к более [c.29]

Благодаря сверхтекучести гелий II легко проходит через самые узкие капилляры и шлифы пробок, запирающих сосуды. По этой же причине, если один конец столба жидкого гелия II нагреть, то происходит очень быстрый перенос тепла, при котором нормальная компонента течет от более высокой к более низкой температуре, а сверхтекучая компонента течет обратным потоком сквозь первый. По количеству переносимой жидкости оба потока одинаковы, так что реального наблюдаемого течения жидкости не происходит. [c.107]

Следует заметить, что правильное значение вязкости сверхтекучей компоненты может быть получено только при наблюдении течения гелия через достаточно узкую щель, когда движению сверхтекучей компоненты не сопутствует движение нормальной [c.462]

Идея заключалась в том, что в сосуде с Не II нужно было двигать какой-нибудь объект с развитой поверхностью, погруженный в жидкость. Нормальная компонента, обладающая вязкостью, увлекалась бы его поверхностью, и силу ее сопротивления можно было бы измерить. Сверхтекучая компонента, напротив, никак не влияла бы на этот объект, так как не имела вязкости. Меняя температуру Не II, можно было бы определить, как изменяется соотнощение нормальной и сверхтекучей компонент (если они существуют). Пля этого была изготовлена стопка из 100 тонких металлических дисков (толщиной 10 мк, т.е. 0,01 мм), надетых на стержень, с расстоянием между ними 0,02 мм. Это сооружение погружалось в жидкий гелий, и длинный конец стержня, выходивший наружу, закреплялся в верхней части. Стержень (вместе с дисками) приводился в крутильные колебания. Сила, которая их тормозила, определяемая трением о нормальную компоненту, могла быть определена по уменьшению периода крутильных колебаний. [c.263]

Вязкость нормального компонента сверхтекучего гелия. [c.126]

Конечно, рассмотрение жидкого гелия как смеси двух компонент — это лишь удобный прием для описания свойств гелия. Как и всякое описание квантовых явлений в классических терминах, оно не является вполне адекватным. Правильнее говорить о нормальной и сверхтекучей массах жидкости, связанных с двумя одновременно возможными движениями — нормальным и сверхтекучим. [c.187]

Итак, на погруженное в гелий-П тело может действовать сила, хотя никакого движения жидкости в целом нет. Эта сила обусловлена потоком нормального компонента и движуш,егося навстречу равного количества сверхтекучего. [c.189]

Обычный звук представляет собой колебания плотности среды, где он распространяется. Второй звук связан с колебательными движениями нормального и сверхтекучего компонентов, движущихся-навстречу друг другу, при этом отсутствует суммарный поток вещества и не наблюдается сжатий и разряжений жидкости как таковой. Поскольку сверхтекучий компонент не несет теплоты, эти колебания будут выражаться в колебании температуры, что и представляет собой второй звук, причем для гелия-П эти волны практически не [c.189]

В двухжидкостной модели сверхтекучего гелия полную плотность жидкости рассматривают как сумму р = ps + р плотностей сверхтекучей ps и нормальной р компонент. Величины ps и р играют важную роль при рассмотрении [c.38]

В сверхтекучем гелии процессы передачи тепла носят весьма своеобразный характер- Наличие двух видов движения в НеП приводит при возникновении разности температур к появлению конвективных противотоков нормальной и сверхтекучей компонент. Благодаря этому механизму передача тепла происходит очень эффективно, и НеП оказывается лучшим проводником тепла, чем, например, чистые металлы. Сложный характер протекающих при этом процессов [c.61]

На рис. 4-12 представлена зависимость общей вязкости гелия и ее нормальной (не сверхтекучей) компоненты от температуры. [c.105]

По теории Л. Ландау жидкий гелий ни-жеЯ -точки, т. е. гелий II, ведет себя так, как если бы он состоял из двух частей 1) жидкости, обладающей квантами возбуждения (фононами и ротонами, см. [А-44, В1-16]) и ведущей себя, как обычная жидкость (так называемая нормальная компонента) 2) жидкости, не несущей квантов возбуждения, имеющей нулевую энтропию, т. е. как бы находящейся при абсолютном нуле температуры. Эта часть жидкости совсем не обладает вязкостью. Движение сверхтекучей жидкости является потенциальным и термодинамически обратимым. Конечно, рассмотрение жидкого гелия как смеси двух жидкостей является лишь удобным приемом для описания свойств гелия. Как и всякое описание квантовых явлений в классических терминах, оно не вполне адекватно. Можно говорить о нормальной и сверхтекучей массах жидкости, связанных с обоими одновременно возможными движениями, но это не означает возможности реального разделения жидкости на две части. По мере понижения температуры ниже X-точки эффективная масса сверхтекучей части (р ) увеличивается, а нормальная ( р ) — уменьшается (причем всегда Р = Р +Рл)- На рис. 4-59 приведена экспериментально найденная зависимость р /р от температуры для гелия II [ВЫ, В1-1а]. Вязкость гелия II обусловлена только ело нормальной частью , н собственно ее и следует иметь в виду, говоря о вязкости гелия II в целом (см. [c.143]

Из описанных явлений вытекает, что на погруженное в гелий II тело может действовать сила, в то время как никакого движения жидкости как целого нет. Эта сила обусловлена потоком нормальной компоненты, движущейся навстречу равному количеству сверхтекучей. [c.144]

Успешное объяснение многих уникальных свойств жидкого гелия II было получено на основе теории двухжидкостной модели ). Эта теория рассматривает жидкий гелий II как однородную смесь сверхтекучей компоненты, обладающей очень малой энергией, и нормальной компоненты, несущей почти всю тепловую энергию смеси. Концентрация сверхтекучей компоненты зависит от температуры, меняясь от 100% при абсолютном нуле до [c.345]

Нагревание жидкого гелия увеличивает концентрацию нормальной компоненты в правой части /-образного колена трубки, что вызывает немедленное перетекание сверхтекучей компоненты через пористую пробку в связи с выравниванием концентраций. Поскольку вязкость нормальной компоненты не позволяет ей вытекать через пористую пробку из правой части колена, там происходит накопление гелия, который затем начинает с силой выбрасываться через сопло. Высота струи достигает иногда нескольких сантиметров. [c.345]

Переход гелия в сверхтекучее состояние можно описать как разделение жидкости на две компоненты нормальную с плотностью и сверхтекучую с плотностью рс- Естественно, Рн+Рс = Р, где р — плотность гелия. Необходимо отчетливо понимать, что никакого деления атомов Не на два сорта не происходит. Смысл вводимых плотностей заключается в том, что PhVh есть переносимый единицей объема гелия импульс при нормальном движении со скоростью Vh Рс с — переносимый единицей объема гелия импульс при сверхтекучем движении со скоростью V . Отношение Рс/р служит параметром порядка. Оно изменяется от нуля при Т = Тд до единицы при Т = О (см. рис. 9.2). [c.331]

Указанные явления связаны с необычным характером переноса тепла в сверхтекучем гелии. Теплопередача в НеП носит своеобразный конвективный характер и принципиально отличается от обычной теплопроводности. Перенос тепла осуществляется только нормальной компонентой, поскольку энтропия сверхтекучей компоненты равна нулю. Но через тонкий капилляр движется в основном лишь сверхтекучая часть, не переносящая тепловой энергии, по этой причине и появляется механо-калорический эффект. [c.7]

Распространение звука в сверхтекучем гелии отличается чрезвычайным своеобразием. Наличие нормальной и сверхтекучей компонент пд иводит к возможности распространения не только обычных волн давления (первого звука), но и температурных колебаний, которые были названы Ландау вторым звуком. Кроме того, в последние годы оказалось возможным реализовать волновые процессы, в которых участвует только сверхтекучая компонента, а нормальная полностью заторможена. Это было осуществлено, во-первых, в тонких пленках сверхтекучего гелия, и возникающие поверхностные колебания были названы третьим звуком, а во-вторых, в очень узких каналах, заполненных НеИ, и возникающие [c.74]

СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ — свойство жидкого гелия протекать без заметной вязкости через узкие капилляры. Сверхтекучее состояние изотопа Не возникает в результате перехода второго рода (Я-перехода) при критической т-ре 2,172 К. Если т-ры низки, изотоп He представляет собой квантовую Бозе-жидкость, слабо возбужденное состояние которой можно представить как совокупность элементарных возбуждений (квазичастиц) — фононов и ротонов. Тепловое движение в нем описывается в основном фононами (квантами звука) с энергией е = ср, где с — скорость звука р — импульс фонона. Влияние ротонов проявляется при т-ре более 0,6 К. Их энергия е = Д + + (Р — Ро) /2(л, где Д — минимальная энергия ротона = 1,92 X X 10 смг - — импульс, при котором энергия ротона равна Д = 8,65 К л = 0,16 — эффективная масса ротона ( 4 — масса атома Не). Из такого энергетического спектра следует, что существует отличная от нуля критическая скорость течения, ниже которой жидкость движется без трения, и появление в ней новых возбуждений энергетически невыгодно. Сверхтекучий гелий условно разделяют на два не взаимодействующих между собой компонента — нормальный, связанный с фононами и ротонами, и сверхтекучий. Движение нормального компонента, как и обычного газа, носит вязкий характер. Свертекучий компонент движется без трения и без переноса тепла. С явле- [c.349]

На основании указанных фактов принято, что в жидком гелии ниже Тх могут существовать одновременно два движения нормальное и безвяз-костное, причем каждое из них связано со своей эффективной массой , а сумма обеих масс равна полной истинной массе жидкости. Менее строго, дпя наглядности, говорят о так называемой двухкомпонентной модели, согласно которой Не II рассматривается как смесь нормального и сверхтекучего компонентов . [c.211]

Нормальное движение — это движение газа фононов-ротонов. Квазичастицы сталкиваются со стенками сосудов, отдают им часть своего импульса, тормозятся, испытывают трение — все, как в обычной жидкости. Воспользовавшись тем, что квазичастицы представляют собой бозе-газ, можно вычислить, чему равен импульс единицы объема гелия, если его скорость равна Vh- Это позволяет узнать, какую массу переносит единица объема газа фононов-ротонов. Так определяется величина и температурная зависимость разность р — есть рс — плотность сверхтекучей компоненты. [c.333]

Обратимся теперь к опытам Капицы [4] по исследованию теплоотдачи в свободном гелии II. Из всех опытов, описанных выше, только один, изображенный на фиг. 257, содержит все данные, необходимые для численных расчетов. Как видно из фиг. 258, иллюстрирующей результаты этого опыта, даже при сравнительно очень слабых удельных нагрузках, порядка 2,5-10 ватт/см , повышение температуры внутри нагреваемого тела достигает 10 град. Относительная скорость нормальной и сверхтекучей компонент, соответствующая таким удельным нагрузкам, едва достигает сотой доли миллиметра в секунду, т. е. лежит заведомо в докритической области, осается в глаза то обстоятельство, что зависимость между наблюдаемой разностью температуры и удельной нагрузкой является строго линейной, [c.502]

Лейну, Фэг1рбенку, Олдричу и Ниру [53] удалось 31 ачи- тельно интенсифицировать разделение изотопов, создав тепловой поток в массе жидкого гелия. Как известно, теплово1г поток в жидком гелии осуществляется двумя встречными потоками нормальной и сверхтекучей компонент (см. 2 гл. УП1). Макроскопический поток плотности может при этом равняться нулю. Так как атомы Не могут принимать участие только в движении нормальной компоненты, то в случае свободной конвекции они сконцентрируются в местах с наинизшей температурой. [c.525]

Иная картина наблюдается при термомеханическом эффекте, или эффекте фонтанирования. Если два сосуда с гелием-П соединены внизу между собой капилляром и к одному из них подводится теплота, то уровень гелия в этом сосуде будет выше, чем в другом. Это явление связано с тем, что в нагреваемом сосуде увеличивается доля нормального компонента с соответствующим повышением температуры. При выравнивании концентраций сверхтекучий компонент устремляется через капилляр в нагреваемый сосуд, в связи с чем повышается уровень гелия и появляется Ар. Таким образом, появление в жидкйм гелии-П разности температур вызывает всегда по- [c.189]

Так, если гелий II передавливать из одного сосуда в другой через узкий капилляр, то температура оставшейся части гелия несколько повышается. Это происходит потому, что капилляр является как бы энтропийным фильтром, т. е. через него преимущественно проходит сверхтекучая компонента (5=0), и оставшееся в сосуде тепло распределяется в меньшем количестве гелия, Б результате чего температура его повышается. Наоборот, гелий, прошедший капилляр, имеет пониженную температуру. Это и составляет механокалорический эффект. Обратная картина наблюдается при термомеханическом эффекте. Если два сосуда с гелием II соединены внизу капилляром и к одному сосуду подводится тепло, то уровень гелия в этом сосуде будет выше, чем в другом. Это явление связано с тем, что в нагреваемом сосуде увеличивается доля нормальной компоненты ( Рп) с соответствующим повышением температуры. При выравнивании концентраций сверхтекучая компонента устремляется через капилляр в нагреваемый сосуд, в связи с чем повышается уровень гелия, появляется ДР. Таким образом, в жидком гелии II появление разности температур вызывает всегда появление разности давлений, и наоборот. Теория дает соотношение [c.144]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология