Сверхтекучесть гелия II при абсолютном нуле

Явление сверхтекучести (открыто в 1938 г. П. Капицей) связано с отсутствием измеримой вязкости в жидком гелии вблизи абсолютного нуля при движении его через тонкие капилляры и щели. Теория сверхтекучести на основе представления о гелии (при Г<2,19°К) как о квантовой жидкости была развита Ландау [75]. Микроскопическая теория сверхтекучести гелия была развита Боголюбовым [76]. Предложенный Боголюбовым метод приближенного вторичного квантования системы взаимодействующих бозонов представляет значительный интерес не только для теории сверхтекучести, но и для ряда других приложений в случаях, когда нельзя пользоваться теорией возмущений. В этом параграфе мы познакомимся с основными идеями метода Боголюбова, [c.397]

Расчеты по формуле (УП1.30) показывают, что для частиц с массой порядка массы протона (и больше) неравенство (У1И.19) выполняется для всех представляющих практический интерес температур и плотностей. Вырождение наступает лишь при очень низких температурах и высоких плотностях. При этих условиях вещества находятся в конденсированном состоянии, межмолекулярные взаимодействия являются весьма интенсивными, так что картина вырождения, определяемая квантовой статистикой идеального газа, затушевывается эффектами, обусловленными взаимодействиями частиц. Единственной молекулярной системой, для которой квантовое вырождение обнаруживается на опыте, является жидкий Не. Сверхтекучесть Не, наблюдаемая при температурах вблизи абсолютного нуля (около 2 К) находит объяснение на основании квантовой статистики бозонов. Особенности гелия связаны с тем, что, во-первых, масса его атома мала и, во-вторых, энергия межмолекулярных взаимодействий для гелия значительно меньше, чем для других систем, так что даже в жидком гелии, при больших плотностях, эффект взаимодействия не меняет качественно картины квантового вырождения, которая должна была бы наблюдаться для идеального газа. Сказанное выше иллюстрируется табл. 4. [c.176]

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]

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]

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]

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]

Физико-химические свойства вещества удельный вес, температура кипения, плавления, электропроводность, растворимость, реакционноспособность — имеют при одних и тех же условиях постоянные значения. Отдельные свойства тел при изменении условий могут меняться весьма существенно, вплоть до полного исчезновения. Так, при высокой температуре совершается процесс перекристаллизации железа. При этом железо теряет свойство намагничиваться при взаимодействии с магнитом, хотя его молекулярный состав остается тем же. Резина при низких температурах утрачивает свойство эластичности и становится хрупкой. Жидкий гелий при температурах, близких к абсолютному нулю, теряет свойство вязкости и приобретает новое свойство — сверхтекучесть. [c.178]

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]

Сверхтекучесть — чрезвычайно низкий коэффициент вязкости, наблюдаемый у жидкого гелия при температурах, близких к абсолютному нулю (см. стр. 82). [c.105]

При температурах, близких к абсолютному нулю, проявляются весьма необычные свойства веществ, такие как сверхпроводимость металлов, т.е. почти полное отсутствие электрического сопротивления, и сверхтекучесть гелия, т.е. почти полное исчезновение вязкости. [c.84]

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]

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]

Вблизи абсолютного нуля гелий (точнее, его главный изотоп Не) существует в форме так называемого Ж1щкого гелия-П. У этого вещества очень много необычных свойств. В частности, гелий-П обнаруживает так называемую сверхтекучесть — чрезвыяайно. низ- [c.82]

В области близких к абсолютному нулю температур известные вещества обнаруживают удивительные черты, на которые и намека нет нри обычных температурах. Современная наука рассматривает iix как макроскопические проявлеппя квантово-механических закономерностей, так как классическая физика не вмещает такого рода явления. С одним из них — сверхтекучестью гелия II—дгы знакомы. Еще большее научное п техническое значение имеет в наши дни явление, носящее название сверхпроводимости. [c.151]

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]

Сверхтекучесть гелиа П при абсолютном нуле. Покажем теперь, что сверхтекучесть гелия II следует из описанных выше СВОЙСТВ энергетического спектра. Начнем с рассмотрения жидкого гелия зари абсолютном нуле при этой температуре жидкость находится в своем нормальном, невозбужденном, состоянии. [c.395]

Другая предсказываемая теорией дефектная структура — это точечный дефект буджум. Он является аналогом дефекта магнитной структуры в сверхтекучем изотопе гелия Не . Сверхтекучесть изотопа гелия Не обнаружена физиками сравнительно недавно, проявляется при очень низких температурах порядка 10" К, т. е. вблизи самого абсолютного нуля температуры, а сам Не при этом обладает совершенно необычными свойствами. В частности, сверхтекучий Не обладает макроскопическим магнитным моментом. Если в каждой точке объема, занимаемого сверхтекучим Не , стрелкой изображать на- [c.115]