Термомеханический эффект в гелии

В 1938 г. Д. Аллен и Г. Джонс обнаружили, что при появлении градиента температуры в гелии И возникает градиент давления. Это явление было впоследствии названо термомеханическим эффектом. Можно было полагать, что создание в гелии II разности давлений будет вызывать появление разности температур. [c.235]

Рис. 33. Прибор для разделения изотопов гелия путем термомеханического эффекта.

Термомеханический эффект в гелии II. Так называемый термомеханический эффект в гелии II заключается, как известно, в том, что при вытекании гелия из сосуда через тонкий капилляр в сосуде наблюдается охлаждение. Само по себе наличие термомеханического эффекта свойственно не одному только гелию аномальным у гелия II является только большая величина эффекта. Термомеханический эффект в обычных жидкостях представляет собой необратимое явление типа термоэлектрического эффекта Пельтье. [c.405]

В основе метода лежит подмеченное рядом авторов явление,, сущность которого состоит в следующем. Сосуд, отделенный от гелиевой ванны пристенной пленкой или тонким капилляром, заполняясь гелием II, охлаждается (так называемый механокалорический эффект). При этом возникает некоторая разность температур, препятствующая дальнейшему натеканию жидкости, благодаря чему довольно скоро устанавливается равновесное состояние. Однако, если внутри сосуда выделять тепло, то он будет заполняться гелием гораздо быстрее и этим способом можно получить значительные разности уровней (так называемый термомеханический эффект). Выделяя в этом сосуде такую мощность, при которой разности температур не возникает, и зная объем жидкости, протекающей через капилляр, можно определить разность между удельным теплосодержанием жидкости в капилляре и ее теплосодержанием в объеме. [c.457]

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]

Нагревая слабым пучком света одно из колен перевернутой U-образной трубки, полу заполненной гелием II (фиг, 274), Стрелков нашел, что пристенная пленка жидкости быстро двигается от холодного колена к нагретому. Это явление следует рассматривать как прямо аналог термомеханического эффекта, наблюдаемого и при перетекании гелия II через капилляры. [c.520]

Исследование сифонного (обратного термомеханическому) эффекта, являющегося аналогом механокалорического эффекта, проводилось Стрелковым как посредством счета капель гелия, перетекающего через край пробир- ки, вынутой из криостата, так и путем непосредственного наблюдения уровня жидкости в / пробирке. Опыты привели Стрелкова к заключению, что произведение vd скорости перетекания V на толщину пленки d в широких пределах лишь слабо зависит от высоты сифона (расстояние, отделяющее верхний из уровней жидкости от края пробирки). Таким образом, расход жидкости но пленке, так же как и в случае перетекания по тонкому капилляру, практич ки те зависит от напора [c.520]

Как указывалось, вторым эффектом наложения является термомеханический эффект. Он заключается в том, что если в обоих резервуарах поддерживать небольшую разность давлений и одинаковую температуру, то появится тепловой поток (или поток энергии). В первом приближении этот поток окажется пропорциональным потоку вещества. Коэффициент пропорциональности, соответствующий теплоте, переносимой единицей вещества, называется теплотой (энергией) переноса термомеханического эффекта. Этот эффект имеет место также в жидком гелии И. [c.39]

Удобным объектом исследования таких систем является жидкий гелий П. Он представляет собой смесь нормальных атомов 1 и переохлажденных атомов 2, способных переходить друг в друга по схеме 1 2. Наиболее важной особенностью такой системы является то, что во всех случаях химического равновесия формула Гортера для разности термомолекулярного давления и термомеханического эффекта оказывается справедливой, хотя нормальные атомы не могут проходить через достаточно узкий капилляр. Эти формулы подтверждаются термодинамикой необратимых процессов. [c.96]

Для сверхтекучего гелия характерен термомеханический эффект, заключающийся в возникновении движения НеП под действием разности температур. Если НеП заполняет капилляр, в котором имеется разность температур А Г, то жидкость перетекает по капилляру до тех пор, пока разность давлений А Р по обе стороны капилляра не достигает значения, определяемого формулой Лондона [2] [c.7]

При совмещении эпоксидных олигомеров с дисперсией ПВА заметно увеличиваются содержание гель-фракции (см. табл. 3.15), прочность пленок при растяжении и после действия воды, стойкость к растворителям и адгезия к различным материалам [131]. На рис. 3.18 приведены термомеханические кривые пленок из композиций, содержащих жидкие эпоксидные смолы ЭД-20 и УП-610. При введении эпоксидных смол прочность пленок, их теплостойкость и водостойкость клеевых соединений возрастают. Достигаемый эффект зависит от вида и количества эпоксидной смолы обычно вводят 15—20 % эпоксидной смолы. Лучщие результаты по повышению температуры текучести получены со смолой УП-610, что связано с ее высокой реакционной способностью. Когезионная прочность пленок составляет в сухом состоянии при растяжении 27 МПа, а после действия воды — 8 МПа. [c.119]

Исследованы [345] свойства самозатухающей композиции на основе полиэтилена марки 17802-015 (77%), хлорпарафина 70 (11,3%) и трехокиси сурьмы (11,7%). Образцы толщиной 0,3 мм изготавливали методом прессования и затем облучали у-квантами Со при комнатной температуре в атмосфере гелия до доз 1—500 Мрад. Различия в выходе гель-фракции для самозатухающей композиции и исходного полиэтилена проявляются только в начальный период облучения (до дозы 10 Мрад). Отношение вероятностей деструкции и сшивания для исследованной композиции составляет 0,1 вместо 0,3 для исходного полиэтилена. Это свидетельствует о том, что в самозатухающей композиции процесс сшивания преобладает над процессом деструкции. Анализ результатов термомеханических испытаний при температуре выше 140°С также показывает, что в композициях с антипиренами процесс сшивания при идентичных условиях протекает более интенсивно. Высказано предположение об эффекте сенсибилизации в области малых поглощенных доз при введении хлорпарафина и трехокиси сурьмы. [c.125]

Таким образом, объясняются и явления, наблюдающиеся при перетекании гелия под давлением. Если у нас происходит под давлением перетекание гелия из одного сосуда в другой через очень узкую щель, то эта щель задерживает в себе все ротоны и фононы, вся вязкая часть гелия не может пройти через щель, черёз щель проходит только сверхтекучий гелий другими словами, тепло не проходит через щель, проходит жидкость, которая не несет с собой тепла, поэтому в сосуде, в который втекает жидкость, увеличивается количество жидкости, но не увеличивается количество тепла. То же тепло распределяется в большем количестве жидкости. С другой стороны, очевидно, по той же причине первый сосуд, наоборот, нагревается. Таким образом,этот так называемый термомеханический эффект гелия становится совершенно понятным. [c.16]

СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ-отсутствие вязкости в жидком гелии при температурах,, близких к нулю (т. е. вязкость меньше, чем достигнутая граница измерения, равная 10 " пз) во время протекания его через тонкие капилляры и щели в интервале температур от О до 2,18 К (— 270,98 С). С. открыта сове1ским ученым П. Л. Капицей в 1938 г. С явлением С. связано существование т. паз. термомеханического эффекта (или эффекта фонтанирования), заключающегося в том, что снижение температуры в узкой щели вызывает появление дополнительной разности давлений на концах этой щели. Если погрузить в гелий II (см. Гелий) капилляр и нагревать его верхний конец, то из капилляра начинает бить фонтан. Значит, в гелии II, кроме гидростатического, действует также и гидротермический напор. Гидродинамическая теория С. полнее всего была развита советским ученым Л. Д. Ландау. Считают, что гелий II представляет собой смесь двух жидкостей, которые могут двигаться независимо друг от друга одна из них — сверхтекучая — не связана с тепловым движением, а другая — нормальная — содержит в себе все тепло, имеющееся в гелии II. Относительная концентрация этих двух жидкостей определяется соотношением их плотностей и зависит от температуры. Возможность существования одновременно двух независимых видов движения в гелии II экспериментально доказана советским ученым Э. А. Апд-роникашвили. Открытие и исследование С. положили начало новому разделу современной физики — квантовой гидродинамики. [c.219]

В работе Б. П. Есельсона и Б. Г. Лазарева [77] разделение изотопов гелия было значительно усовершенствовано и достигнуты успехи, далеко превосходящие полученные ранее результаты. Для начального концентрирования применено видоизменение описанного выше метода, основанного на термомеханическом эффекте. Этим путем было достигнуто обогащение природного гелия изотопом Не в 200 раз при производительности до 2 л концентрата за одну операцию. Вторичное его концентрирование в таком же приборе меньших размеров дало обогащение еще в 12 раз. В следующих опытах двукратное разделение дало 4,3 л гелия с содержанием 0,01% Не (обогащение в 2000 раз) за семь дней. [c.108]

Обсуждение результатов. Как указывалось в гл. VIII, сущность термомеханического эффекта легко понять, прибегнув к аналогии с осмотическим давлением, действующим на полупроницаемую перегородку. Роль такой перегородки в данном случае играет капилляр или щель, роль растворенных молекул—кванты тепловых возбуждений, а роль растворителя—сверхтекучий гелий. [c.463]

Здесь следует указать на две возможности изучения термомеханического эффекта. Одна из них—динамическая—осуществлена в экспериментах Капицы. Подводя тепло к термически изолированному сосуду, сообщающемуся с гелиевой йанной только через узкую щель, мы тем самым увеличиваем в нем концентрацию тепловых квантов. Тенденция к выравниванию концентраций осуществляется в описываемых опытах исключительно за счет притекания сверхтекучей части, обладающей нулевой энтропией. Однако важно, чтобы подводимая мощность была бы настолько мала, чтобы по обе стороны щели не возникала раз-нрсть температур. Все подводимое при этом тепло расходуется на сообщение сверхтекучей массе гелия недостающего ей теплосодержания. Выделяемая мощность должна быть малой для того, чтобы скорость сверхтекучей компоненты не превзошла своего критического значения, ибо переход через критическую скорость означает появление разности температур. В свою очередь, наличие разности температур приводит к продавливанию даже через узкую щель тепловых возбуждений, вследствие чего трактовка опыта становится неоднозначной. [c.463]

Таким образом, изучение термомеханического эффекта в стационарных условиях самым непосредственным образом связано с изучением теплопередачи в гелии II, Заполняющем узкие йЦели. В таком аспекте термомеханический эффект будет рассмотрен в 6. [c.464]

ШироБие щели. Опыты Кеезома и Дайкарта [22] посвящены эффекту фонтаниров ания (термомеханический эффект) и теплопередаче в относительно широких щелях. Их основные результаты относятся к щелям шириной 9,3 и 19 и длиной 2,48 мм. Особенности их прибора не давали им возможности производить измерения при ширине щели, меньшей чем 2 [а, так как в этом случае было достаточно слабого света неоновой лампы, чтобы уровень гелия в капилляре достиг его вершины. Разность температур, возникавшая при этом, была столь мала, что не поддавалась измерению. [c.474]

I Узкие щели. Прибором, описанным в предыдущем параграфе, воспользовались Мейер и Меллинк [18], проведшие с его помощью тщательные опыты по изучению термомеханического эффекта в узких щелях. Сздцность опыта сводилась к измерению разности уровней до обе стороны щели, возникавшей в результате втекания гелия во внутреннюю камеру, в нагревателе которой выделялась мощность. [c.481]

Взаимодействие теплового потока и потока вещества в системе вызывает появление эффекта наложения, важнейшими особенностями которого являются разность термомолекулярного давления и термомеханический эффект. Первая из них заключается в том, что под действием разности температур в обоих резервуарах возникает поток вещества, создающий разность давлений. Отношение разности давлений к разности температур называется термомолекулярпой разностью давлений . Для узких капилляров и малых отверстий, соединяющих оба резервуара это —хорошо известный эффект. Он также имеет место в жидком гелии II и называется фонтанным эф- [c.38]

Другим интересным случаем разности термомолекулярного давления является фонтанный эффект в жидком гелии II. В этой жидкости тоже возникает термомеханический эффект. Если рассматривать жидкий гелий II как однокомпонентную систему, уравнение (22) оказывается тоже справедливым. Это было проверено экспериментальным путем Капицей, Меером и Меллинком. Даже для такой исключительной среды, как гелий II, предположения Онзагера подтверждаются. [c.44]

В гелии-П наблюдаются так называемые механокалорический и термомеханический эффекты. Так, если гелий-П передавливать из одного сосуда в другой через узкий капилляр, то температура оставшейся части гелия несколько повышается. Это происходит потому, что капилляр служит как бы энтропийным фильтром, т. е. через него проходит преимуш,ественно сверхтекучий компонент (5=0), а оставшаяся в сосуде теплота распределяется на меньшее количество гелия, отчего температура его повышается. Наоборот, гелий, прошедший капилляр, будет иметь несколько более низкую температуру. Эти явления и составляют суш,ность механокалорического эффекта. [c.189]

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]

Даунт и др. [100] установили, что перетекание сверхтекучего гелия из одного сосуда в другой приводит к обогащению остаточной жидкости изотопом Не . Однако достигнутое ими обогащение изотопом Не было незначительным. Б. Н. Есельсон и Б. Г. Лазарев [101 ] достигли лучших результатов, осуществляя отфильтро-вывание сверхтекучего гелия через слой утрамбованного крокуса остаточная жидкость обогащалась Не до 0,01%. Дальнейшее концентрирование (до 1,5%) производилось в стеклянной насадочной ректификационной колонке. В. П. Пешков [102], объединив в одном аппарате процессы обогащения за счет сверхтекучести (термомеханический эффект) и ректификации, добился практически полного извлечения Не при переработке около 3 м 1ч газообразного гелия концентрация Не составляла 0,02% и больше. Аппарат мог работать непрерывно сколь угодно долго, что является большим его преимуществом. Дальнейшее концентрирование Не производилось во втором аппарате, действие которого также основано на термомеханическом эффекте сверхтекучего гелия и ректификации. Отбираемый продукт содержал 99,95— 99,97% Не . [c.189]

Рис. 68. Схемы тепловых эффектов в гелии II а — механокалорнческого б — термомеханического

Полученные данные вскрывают причины своеобразного пове-денчя сажекаучуковых гелей, имеющих свойства, характерные, с одной стороны, для сырых резиновых смесей (текучесть под действием небольших сил), с другой — для резин (наличие предела набухания, области высокоэластичности на термомеханических кривых). Развитая пространственная структура, включающая связи каучук — сажа и каучук — каучук, обусловливает ценный комплекс свойств как сырых смесей, так и резин. В частности, образующиеся связи фиксируют форму заготовки, дают возможность проявиться ориентации молекулярных цепей (каландровый эффект, литье под давлением и др.). Течение резиновых смесей в отличие от линейных каучуков является по своей природе химическим, так как при переработке происходит непрерывное разрушение и образование новых связей. Поэтому появляется воз- [c.232]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология