Сверхтекучесть и сверхпроводимость

Сжиженные газы легко транспортабельны. Многие газы, получаемые при низкотемпературном разделении, требуются в огромных количествах кислород — для интенсификации процессов производства чугуна и плавки стали (кислородное дутье), азот — для получения химических удобрений, метан—-для производства пластмасс, водород — как высококалорийное топливо, гелий — как теплоноситель и т. д. Получение сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю, необходимо для некоторых аппаратов и приборов, используемых при изучении сверхтекучести, сверхпроводимости и в других физических исследованиях. Современная техника позволяет получить температуры, отличающиеся от абсолютного нуля только на тысячные доли градуса. [c.264]

Очень велико значение жидкого гелия для создания сверхнизких температур. Исследования прн таких температурах приводят к фундаментальным научным результатам (нахождение энтропии твердых веществ по данным о низкотемпературной теплоемкости, изучение сверхпроводимости, сверхтекучести). Гелиевые температуры используют и в технике (охлаждение радиотехнических устройств с целью устранения тепловых шумов , охлаждение сверхпроводящих электромагнитов). [c.489]

Науку о холоде и его применении называют криологией. Условно криологию можно подразделить на два крупных раздела — техника умеренного охлаждения и техника глубокого охлаждения, которые имеют общие теоретические позиции [9, 32, 142], но существенно различаются по основным методам создания холодильных эффектов и их применения. Область умеренного охлаждения ограничивают температурным интервалом от 283 до 120 К. К области глубокого охлаждения относят температуры ниже 120 К вплоть до температуры, близкой к абсолютному нулю. Методы криогенной техники используют при производстве ожиженных газов. Благодаря ее методам изучены свойства сверхпроводимости и сверхтекучести, проявляющиеся при очень низких температурах. При таких температурах вследствие уменьшения колебательной составляющей (см. разд. 1.3.3) снижается уровень энтропии веществ. [c.48]

Особое место среди простых веществ УПТА-группы занимает гелий. Во-первых, это наиболее трудно сжижаемый газ во-вторых, это единственный элемент, для которого твердое состояние достигается только при повышенном давлении (около 25 10 Па), в-третьих, в жидком состоянии гелий обладает особыми свойствами. Вплоть до температуры 2,172 К гелий — это бесцветная, прозрачная, легкая жидкость Не-1 (примерно в 10 раз легче воды). При отмеченной температуре наблюдается так называемый фазовый переход П рода (не сопровождаемый тепловым эффектом) и вплоть до сколь угодно низких температур, приближающихся к абсолютному нулю, гелий существует в виде жидкого Не-П. Эта жидкость с особыми и уникальными свойствами она практически не обладает вязкостью (сверхтекучесть), имеет колоссальную теплопроводность (в 3-10 раз больше гелия-1), а также проявляет ряд других аномальных эффектов. Эти явления связаны с тем, что при температуре 1—2 К длина волны де Бройля для атома гелия сравнима со средним межатомным расстоянием (т. е. объясняются с позиций квантовой механики). Поэтому сверхтекучий Не-П называют квантовой жидкостью. Из-за сверхтекучести гелий можно перевести в твердое состояние только под большим давлением. Существует глубокая аналогия между сверхтекучестью гелия-П и сверхпроводимостью металлов. При низких температурах свободные электроны в металлах также ведут себя как электронная квантовая жидкость . [c.391]

Родственность явлений сверхтекучести и сверхпроводимости отмечалась уже в ранних работах Л. Д. Ландау и многих других авторов. Принципиальное сходство этих явлений было установлено Д. Бардиным, Л. Купером и Д. Шриффером и независимо от них [c.248]

Н. Н. Боголюбовым. Находящиеся вблизи поверхности Ферми электроны в металлах могут образовывать попарно связанные состояния. Эти пары при низких температурах претерпевают конденсацию в пространстве импульсов, что ведет к возникновению сверхтекучести. Но сверхтекучесть таких систем проявляется как сверхпроводимость, так как частицы системы имеют электрический заряд. Очень интересен вопрос, являются ли сверхтекучесть гелия и и сверхпроводимость электронной плазмы в металлах единственными квантово-когерентными состояниями жидкостей. (Электронная плазма в металлах напоминает жидкость.) Вполне вероятно, что сверхтекучесть и сверхпроводимость во вселенной распространены более широко. Они могут встречаться в больших сгустках ядерной материи, которые, в сущности, тоже представляют собой жидкие системы. Например, в нейтронных звездах. Этим проблемам посвящены статьи [c.248]

В. Л. Гинзбург. Сверхтекучесть и сверхпроводимость во вселенной. УФН, 97, 601, 1969. [c.289]

Критическая температура (Т р), названная по предложению Д.И. Менделеева абсолютной температурой кипения - температура, при которой исчезает различие между жидко- и газообразным состоянием вещества. При температурах свыше Т р вещество переходит в сверхкритическое состояние без кипения и парообразования (фазовый переход 2-го рода), при котором теплота испарения, поверхностное натяжение и энергии межмолеку-лярного взаимодействия равны нулю. При сверхкритическом состоянии возникают характерные флуктуации плотности (расслоение по высоте сосуда), что приводит к рассеянию света, затуханию звука и другим аномальным явлениям, таким как сверхпроводимость и сверхтекучесть гелия. Вещество в сверхкритическом состоянии можно представить как совокупность изолированных друг от друга молекул (как молекулярный песок ). Для веществ, находящихся в сверхкритическом состоянии, не применимы закономерности абсорбции, адсорбции, экстракции и ректификации. Их в смесях с докритическими жидкостями можно разделить лишь гравитационным отстоем (см. 6.3.3). Критическое давление (Р р) - давление насыщенных паров химических веществ при критической температуре. Критический объем (У р) - удельный объем, занимаемый веществом при критических температуре и давлении. [c.96]

Гелий незаменим для создания сверхнизких гелиевых температур, так как его температура кипения при атмосферном давлении составляет всего 4,3 К. Такие температуры нужны для исследований сверхпроводимости, сверхтекучести, а также для определения энтропии по третьему началу термодинамики. Гелий извлекают из природного газа путем глубокого вымораживания из газа всех остальных веществ. [c.170]

Некоторые явления в области низких температур (сверхпроводимость, сверхтекучесть и др.) совершенно не соответствуют нашим обычным представлениям о свойствах твердых тел и жидкостей. Известная аналогия между такими высокоупорядоченными состояниями, как сверхпроводимость и сверхтекучесть, говорит [c.243]

Большое место в книге уделяется теории вторичного квантования как метода исследования систем, состоящих из большого числа одинаковых частиц. В частности, излагаются основные идеи теории сверхпроводимости и сверхтекучести. [c.9]

Б. Если Т = О, то и = О, т. е. при температуре абсолютного нуля поступательное движение молекул любого вещества прекращается, При этом выступают такие эффекты, как сверхтекучесть (т. е. потеря вязкости) и распространение незатухающих тепловых волн (называемых вторым звуком) у жидкого гелия (при температурах от 2,18 до 0° К) и сверхпроводимость у ряда других веществ (при температурах от 0,3 до 30° К). [c.12]

Для того, чтобы изучить вязкость жидкости с такой текучестью, как у гелия-П, необходимо было построить специальный вискозиметр. Мы его построили. В этом приборе гелий-П пропускался сквозь щель толщиною в десятую долю микрона, и тогда обнаружилось, что он обладает исключительно большой текучестью. Вязкость, которую мы определили, была порядка 10 пуазов.. Это будет вязкость уже в 10 миллионов раз меньше, чем вязкость воды. Это. дало возможность предположить, что такая малая вязкость является только кажущейся, потому что то движение, которое наблюдалось в вискозиметре, не было ешй ламинарным. Далее было сделано предположение, что гелий-П вообще никакой вязкостью не обладает. Конечно, в этом отношении предположение сделать было уже не так трудно, поскольку имелся случай со сверхпроводимостью, и аналогия как бы сама собой напрашивалась. Изучением сверхтекучести гелия-П мы и занимались в последнее время. [c.9]

Научные работы посвящены спектроскопии, квантовой механике, физике низких температур, теории сверхпроводимости и сверхтекучести в жидком гелии. Совместно с В. Г. Гайтлером разработал (1927) квантовомеханический метод приближенного расчета длины и энергии связи в молекулярном ионе и молекуле водорода (метод [c.309]

Изучение сверхпроводимости и сверхтекучести некоторых веществ [c.376]

В научных лабораториях холод применяют для изучения структуры вещества проникновения в мир молекул и атомов при температурах их, близких к абсолютному нулю. После получения жидкого гелия при температуре — 268, 96° С или 4.2° К были исследованы свойства металлов при этих гелиевых температурах и обнаружено отсутствие их сопротивления электрическому току—явление сверхпроводимости. При столь низких температурах нарушаются и магнитные свойства металлов — магнитное поле внутрь их не проникает. Кроме того, при этих низких температурах было обнаружено явление сверхтекучести некоторых жидкостей — отсутствие вязкости и прохождение их через капилляры без трения. [c.404]

В истории химических элементов есть замечательные вехи, важные события, открытия, после которых их значение возрастает неизмеримо. Вспомним открытие деления урана, обнаружение полупроводниковых свойств у германия, доказательство сверхпроводимости и сверхтекучести жидкого гелия. После этого элемент как бы переживает второе рождение. Стоило лишь глубже копнуть редкие земли, как выяснилось, что перспективы их использования поистине необычайны. [c.209]

Наблюдаются сверхпроводимость и сверхтекучесть. Больщинство веществ являются кристаллическими только гелий — жидкость [c.64]

Как указывалось выще, при температуре 0° К всякое движение молекул прекращается. Кинетическая энергия становится равной нулю. При температурах, близких к 0° К, наблюдаются очень интересные явления (например, сверхпроводимость многих металлов и сверхтекучесть, жидкого гелия). В связи с этим ученые весьма заинтересованы в достижении температур, как можно более близких к абсолютному нулю. Для охлаждения очень часто используют жидкий водород (кипящий при 20° К) и жидкий гелий (кипящий при 4° К). При пониженном давлении гелий кипит при еще более низкой температуре, и это обеспечивает достижение температур, близких к 1° К. Разработаны другие более сложные методы, с помощью которых может быть достигнута температура до 0,001° К. Однако в этих условиях термометрия становится такой же трудной, как и-сам метод достижения низких температур. [c.87]

Вернемся к гелию. Природа сверхтекучести Не близка природе сверхпроводимости и здесь также образуются пары (их суш,е-ствование, как и переход в сверхтекучее состояние Не , предсказал Л. Питаевский).. . [c.339]

Область низких температур очень интересна для физиков, так как в этой области обнаруживается ряд новых эффектов (сверхпроводимость, сверхтекучесть и т. д.). Кроме того, при низких температурах изменяются обычные свойства веществ. [c.112]

Жидкий гелий широко используется как охладитель при низкотемпературных исследованиях, но особый теоретический интерес представляет само по себе его поведение в жидком состоянии. Жидкий Не ведет себя нормально, но при охлаждении жидкого Не (составляющего около 100% атмосферного гелия) от температуры кипения при 1 атм до 2,178° К происходит переход от нормального жидкого гелия I в удивительную форму, называемую гелием П. Эта вторая форма характеризуется исключительно малой вязкостью (сверхтекучесть вязкость равна приблизительно 1 10 вязкости газообразного водорода) и очень большой теплопроводностью (сверхпроводимость, в 800 раз превышающая проводимость меди при обычной температуре). При температуре перехода (у-точка) происходят также внезапные изменения теплоемкости, сжимаемости и поверхностного натяжения, и гелий П иногда называют четвертым состоянием вещества. у-Точка несколько повышается при увеличении давления. Твердый гелий может быть получен только в условиях высокого давления (около 25 атм) даже при самых низких достижимых температурах. [c.337]

Многие газы, получаемые при низкотемпературном разделении, требуются в огромных количествах кислород — для интенсификации процессов производства чугуна и плавки стали (кислородное дутье), азот — для получения химических удобрений, метан — для производства пластмасс, водород — как высококалорийное топливо, гелий — как теплоноситель и т. д. Получение сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю, необходимо для некоторых аппаратов и приборов, используемых при изучении сверхтекучести, сверхпроводимости и в других физических исследова- [c.237]

Распределения Ферми и Бозе нашли широкое применение. Здесь в первую очередь следует назвать изучение свойств электронного газа и изучение химических равновесий с его участием, а также явления сверхтекучести Не П и сверхпроводимости. [c.310]

В физике твердого тела для различных классов кристаллов наблюдаются сверхсостояния (сверхпроводимость, ферромагнетизм и сверхпластичность для металлов, сегнетоэлектрическое состояние для диэлектриков), для квантовой жидкости (гелия) наблюдается сверхтекучесть. Полимеры обладают своим сверхсостоянием, которое называется высокоэластнческим состоянием. Высокоэластическое состояние объясняется не только структурой полимерных молекул или макромолекул, но и свойством внутреннего вращения, известным для простых молекул в молекулярной физике. Теория высокой эластичности основывается на применении конформ анионной статистики макромолекул, которая является развитием статистической физики в физике полимеров. Аморфные полимеры по структуре сложнее, чем низкомолекулярные вещества, но в их ближнем порядке примыкают к строению жидкостей. Релаксационные и тепловые свойства расплавов полимеров и жидкостей во многом аналогичны (процесс стеклования, реология). Кристаллические полимеры по своему строению похожи на твердые тела, но сложнее в том отношении, что наряду с кристаллической фазой имеют в объеме и аморфную фазу с межфазными слоями. По электрическим свойствам полимеры — диэлектрики и для них характерно электретное состояние, по магнитным свойствам полимеры — диамагнетики, а по оптическим свойствам они характеризуются ярко выраженным двойным лучепреломлением при молекулярной ориентации. При этом все полимеры обладают уникальными механиче- [c.9]

Понятна практически вся химико-технологическая и мате-риаловедческая ветвь физики полимеров, приводящая к использованию только необычных механических свойств полимеров, в которых они иногда могут выступать в качестве заменителей, а иногда и незаменимых материалов. Основной макроскопический эффект полимерности проявляется в высокоэластичности — при условиях, что сама полимеризация одномерная. Но можно ли считать высокоэластичность сверхсостоянием типа сверхтекучести гелия-П, сверхпроводимости, сегнетоэлектриче-ства, ферромагнетизма и т. д. [c.396]

Физические свойства веществ изменяются в зависимости от температуры. Эти изменения особенно значительны в области тем ргератур, при которых работают криогенные машины и аппараты Пример тому — появление сверхпроводимости в некоторых метал лах и сплавах и возникновение сверхтекучести в жидком гелии [c.177]

Как было показано Глаубером [20], Сударшаном и Мета [21, 22], когерентные состояния очень удобны при квантовомеханическом описании когерентных источников света. Эти состояния также использовались для описания сверхпроводимости и сверхтекучести [23] и для описания, фононов в кристаллах [24]. [c.158]

СВЕРХПРОВОДНИКИ, вещества, к-рые при охлаждении ниже критич. т-ры Г переходят в сверхпроводящее состояние (их электрич. сопротивление падает до нуля). Значения Гк близки к абс. нулю (самая высокая Гк 23К у NbaGe). К С. относятся св. 25 металлов (Hg, Al, Zn, V, Ti, W, Nb, Ir и др.), неск. сотен металлич. сплавов и хим. соед., нек-рые сильно легиров. полупроводники. Теория рассматривает сверхпроводимость как сверхтекучесть электронной жидкости (электронов проводимости, объединенных в т. н. ку-перовские пары). При Т > Гк, а также в магн. полях выше нек-рой критич. напряженности Я С. становятся обычными проводниками. В зависимости от характера проникновения магн. поля в С. и динамики разрушения сверхпроводимости различают С. 1-го рода (гл. обр. чистые металлы) и 2-го рода (сплавы и металлы с большим содержанием примесей). Последние обладают высокими значениями Я и широко примен. в технике (сильные магниты, магнитометры и т. п.). [c.517]

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ — свойство материалов не оказывать сопротивления электрнческому току при температурах ниже характерной для них критической температуры. Материалы, обладающие таким св-вом, наз. сверхпроводящими материалами. Если т-ра ниже критической, удельное электрическое сопротивление сверхпроводника теоретически равно нулю (экспериментально определен лишь верхний предел — пиже 10 ом-см). Магн. индукция массивного сверхпроводника при т-ре ниже критической равна нулю — магн. поле выталкивается из объема материала ири переходе его в сверхпроводящее состояние и остается лишь в тонком поверхностном слое (толщиной 10 —см). Различают сверхпроводники первого рода — чистые металлы и сверхпроводники второго рода — сплавы (однородные, однофазные). Чтобы материал пз сверхпроводящего состояния перешел в нормальное (не сверхпроводящее), его нагревают до т-ры выше критической или повышают (при т-ре ниже критической) напряженность внешнего магн. поля (либо поля протекающего тока) выше определенного критического значения. Критическая напрягкенность внешнего магн. поля растет с понижением т-ры ниже критической и достигает макс. значения при т-ре О К. Если значение напряженности внешнего магн. ноля становится выше критического, сопротивление материала скачкообразно восстанавливается (при. малом коэфф. размагничения), магн. поле проникает в материал. Критические т-ра и напряженность внешнего ноля сверхпроводника зависят от внешнего давления и упругого растяжения. Переход в сверхпроводящее состояние в отсутствие внешнего магн. поля — фазовый переход второго рода, во внешнем магн. поле — фазовый переход первого рода. Сверхпроводники первого рода переходят в сверхпроводящее состояние при определенном значении магп. поля, сверхпроводники второго рода — в широком интервале этих значений. С. обусловлена сверхтекучестью элект- [c.344]

Криогенная промышленность — техника глубокого холода — бурно развивается. Успехи космических полетов во многом связаны с достижениями криогенной техники. Несомненно, что дальнейшие шаги в освоении космоса потребуют еще более ответственных и разнообразных криогенных машин и аппаратов. Разделение воздуха методом глубокого холода позволяет в больших количествах получать кислород, азот и инертные газы. Это дает возможность интенсифицировать металлургические процессы и модернизировать другие области промышленности. Удивительные открытия в области физики низких температур сверхпроводимость, сверхтекучесть, необычные биологические эффекты и многие другие открывают перспективу создания новых отраслей промышленности на базе использования этих явлений. Основы криогенной техники закладывались виднейшими физиками и инженерами Д. И. Менделеевым, П. Л. Капицей, А. И. Шальниковым, М. П. Малковым, С. Я- Гершем, Б. Н. Веркиным, В. С. Мартыновским, В. И. Епифановой, А. М. Горшковым, М. Фарадеем, К. Линде, К. Оннесом, В. Сименсом. [c.9]

Сжижение гелия дает вовмож1ность получать температуры, близ1сие к абсолютному нулю. Такие низкие температуры в настоящее время необходимы для изучения свойств материи. При гелиевых температурах Камерлинг-Оннес в 1911 г. открыл явление сверхпроводимости у некоторых металлов, электрическое сопротивление которых падало до столь незначительной величины, что его невозможно было измерить самыми чувствительными приборами. Акад. Капица открыл сверхтекучесть жидкого гелия при температурах, близких к абсолютному нулю. [c.187]