Сверхтекучесть

Гелий обладает уникальными особенностями. При 101 кПа он не кристаллизуется (для этого необходимо давление, превышающее 2,5 МПа при Г — 1 К, рис. 3.86). Кроме того, при 7 = 2,19 К (при нормальном давлении) ои переходит в низкотемпературную жидкую модификацию Не(П), обладающего поразительными особенностями спокойным кипением, огромной способностью проводить теплоту (в 300 ООО ООО раз больше обычного Не) и отсутствие ем вязкости (сверхтекучестью), Сверхтекучесть Не(И) была [c.486]

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]

Рис. 40. Зависимость Ср=Ср Т) (а) и фазовая диаграмма для жидкого гелия Не (б). Жидкий гелий Не—I обладает нормальной текучестью, а Не—II — сверхтекучестью

Вместе с тем фазовые переходы, происходящие без поглощения или вьщеления тепла ( текучесть - сверхтекучесть , проводник - сверхпроводник ), но при которьгх происходит скачкообразное изменение теплоемкости, изотермической сжимаемости, изобарного коэффициента теплового расширения, называются фазовыми переходами второго рода . При этом изменяется симметрия во взаимном расположении частиц при непрерывном изменении объема, внутренней энергии и других термодинамических параметров. [c.125]

Образующийся при 4,18 К жидкий Не-1 имеет свойства нормальной жидкости. При дальнейшем охлаждении до 2,178 К и атмос-( )ерном давлении образуется жидкая модификация Не-И, вязкость которой практически равна нулю. Не-П находится в сверхтекучем состоянии. Одновременно резко возрастает теплопроводность (в 3-10 раз больше обычного Не). Сверхтекучесть Не П была открыта П. Л. Капицей (1938). [c.351]

Уникальными свойствами обладает гелий. При 101 кПа он не кристаллизуется (для этого необходимо давление, превышающее 2,5 МПа при 7- I К, рис. 3.61). Кроме того, при 7-2,19 К (при нормальном давлении) он переходит из обычной жидкой модификации Не(1), см. рис. 3.61, в низкотемпературную жидкую модификацию Не(И), обнаруживающую поразительные особенности спокойное кипение, огромную теплопроводность в 300 000 000 раз больше обычного Не(1)1, сверхтекучесть (отсутствие вязкости). Сверхтекучесть Не(11) была открыта П. Л. Капицей (1938 г.) и объяснена на основе квантово-механических представлений Л. Д. Ландау (1941 г.). [c.472]

При а=0, р = 0 и 6 = 0 электронная конфигурация атома имеет вид [Э]и5 она характерна для -элементов. К ним относятся элементы первого периода (водород и гелий), главных подгрупп I и П групп периодической системы (щелочные и щелочноземельные металлы). Элементы первого периода по многим свойствам уникальны. Можно указать, например, на кислотно-основные свойства протона в растворе, сверхтекучесть жидкого гелия. [c.66]

Физические свойства. Физические константы инертных газов приведены в табл. 173. Как установил в 1938 г. П. Л. Капица, в жидком гелии при 2,172° К происходит фазовый переход от одного жидкого состояния к другому. Выше указанной температуры существует Не I, а ниже ее Не II. Последний отличается от первого тем, что его теплопроводность в несколько миллионов раз больше теплопроводности Не I. Помимо этого. Не II теряет всякую вязкость и обнаруживает особое свойство — сверхтекучесть. С помощью Не измеряют температуры ниже 1° К. [c.635]

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]

Не-1 представляет собой жидкость, обладающую определенной вязкостью, а Не-И — квантовую жидкость. В 1938 г. П. Л. Капица открыл у Не-П явление сверхтекучести — свойство протекать без трения через узкие щели и капилляры. Объяснение этому было дано Л. Д. Ландау на основе квантовых представлений о характере теплового движения атомов в Не-П. [c.164]

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]

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]

Температуры плавления и кипения инертных элементов очень низки (см. табл. 30). В жидком состоянии гелий образует две модификации гелий I и гелий II. Последний проявляет сверхтекучесть , вязкость его в раз меньше вязкости газообразного водорода. [c.403]

По оценкам П. Л. Капицы вязкость гелия при переходе от гелия I к гелию II уменьшается по крайней мере в 1500 раз. Это явление было названо им сверхтекучестью. Следует отметить, что понятие о вязкости для гелия II нуждается в уточнениях, которые будут даны далее. [c.235]

История развития теории сверхтекучести и других особенностей жидкого гелия очень интересна. Далеко не все вопросы выяснены, а тем временем, как обычно, эксперимент открывает новые проблемы. Мы ограничимся лишь кратким изложением главных результа- [c.236]

Наоборот, в случае сверхтекучести необходимо было бы, чтобы в состоянии статистического равновесия конденсат мог двигаться относительно нормальной компоненты с определенным спектром скоростей. Ясно, что для идеального газа это невозможно, так как тогда атомы конденсата не должны были бы обмениваться импульсами с атомами нормальной компоненты, а в идеальном газе соударения происходят между парами индивидуальных атомов и, следовательно, ничто не препятствует атому конденсата отдавать свой импульс атомам нормальной компоненты [67]. [c.240]

Причины сверхтекучести жидкого гелия [67] [c.243]

Кроме потенциала (XI. 8), не учитывающего короткодействующего отталкивания, И. Н. Боголюбовым рассмотрены случаи, когда молекулы можно считать идеально упругими шарами, или упругими шарами со слабым притяжением между ними. Показано, что появление сверхтекучести обусловлено соотношением между силами отталкивания и притяжения. Силы отталкивания благоприятствуют сверхтекучести, силы притяжения — препятствуют . Кроме того, когда потенциал не имеет радиальной симметрии, теория тоже остается верной. [c.244]

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]

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]

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]

Все многообразие фазовых переходов классифицируется на фазовые переходы первого и второго родов. При фазовом пе- )еходе первого рода выделяется или поглощается определенное количество теплоты, изменяются объем и плотность вещества, его энтропия, теплоемкость и т, п. Фазовые переходы первого рода — плавление, испарение, возгонка, полиморфное превращение и другие — характеризуются равенством изобарных потенциалов двух сосуществующих в равновесии фаз. В отличие от фазовых переходов первого рода для фазовых переходов второго рода свойственно не только равенство изобарных потенциалов, но и равенство энтропий, объемов и плотностй фаз. К фазовым переходам второго рода относятся магнитные превращения при температуре Кюри, переход вещества в сверхпроводящее состояние, появление сверхтекучести у гелия, переход из парамагнитного состояния в ферромагнитное и др. Одно из объяснений фазовых переходов второго рода состоит ь изменении симметрии частиц системы, например, переход системы частиц с беспорядочно направленными спинами в систему частиц с преимущественной ориентацией спинов или переход нз неупорядоченного распределения атомов А и В по узлам кристаллической решетки в упорядоченное, [c.219]

Сверхтекучесть сравнительно легко наблюдается только в жидком изотопе гелия Не. В изотопе гелия Не сверхтекучесть, по-видимому, обнаружена при температурах ниже 0,0026 К [70]. Естественно предположить, что это различие связано с тем, что Не следует статистике Бозе, а Не — статистике Ферми. [c.238]

Еще в 1925 г. А. Эйнштейн, исследуя свойства газа, состоящего из бозонов, показал, что в этом газе ниже некоторой критической температуры должна наблюдаться конденсация в пространстве импульсов. Это означает, что при температурах ниже T некоторая конечная доля бозонов в покоящемся бозе-газе должна иметь импульс р, равный нулю. С понижением температуры доля таких частиц или, как теперь принято говорить, доля этого конденсата должна расти. Расчеты А. Эйнштейна были раскритикованы Д. Уленбеком и представление о конденсации бозе-газа было, по существу, забыто. В 1938 г. Ф. Лондон выдвинул предположение, что Не как раз и есть такой объект, где бозе— эйнштейновская конденсация происходит и именно она и является причиной сверхтекучести и других необычных свойств гелия П. [c.238]

Как отмечал Ф. Лондон, критическая температура конденсации идеального бозе-газа, имеющего плотность жидкого гелия и состоящего из атомов такой же массы, как у Не, должна быть равна 3,14 К. Эта температура отличается от температуры перехода гелия I в гелий И лишь на 0,96 К. Лондон предположил, что расхождение обусловлено взаимодействием между атомами жидкого Не. Идеи Лондона развивались далее в работах Д. Тисса. По его представлениям, гелий II — раствор конденсата, атомы которого имеют импульс р= О, и нормальной жидкости, атомы которой имеют импульсы р ф 0. По мнению Тисса, конденсат не может участвовать в каких-либо диссипативных процессах и поэтому является сверхтекучим. При О К весь жидкий гелий представляет собой конденсат. Представления Тисса подверглись справедливой критике Л. Д. Ландау и других исследователей. Частицы конденсата должны были бы обмениваться импульсом при столкновениях с частицами нормальной жидкости, поэтому при движении в жидком гелии атомы конденсата испытывали бы трение и сверхтекучести не было бы. Далее, если бы при О К все атомы гелия покоились, то гелий под влиянием сил межатомного притяжения должен был бы кристаллизоваться, а этого не происходит. [c.238]

Явление бозе-эйнштейновской конденсации идеального газа было использовано Д. Тисса для объяснения сверхтекучести жидкого [c.239]

Статистическая теория идеального бозе-газа показывает, что флуктуации плотности этого газа неограниченно возрастают, когда температура, понижаясь, стремится к Т . Эти флуктуации бесконечно велики при всех температурах, лежащих в интервале 0<7 <7 к. Следовательно, при переходе через критическую температуру интенсивность релеевского рассеяния света должна была бы очень сильно возрастать, а этого у жидкого гелия не происходит. Упомянутые трудности заставили Л. Д. Ландау в 1941 г. построить совершенно другую, правда, не молекулярную, а полуфеноменологическую теорию сверхтекучести. [c.240]

Неравенство (XI. 18) представляет собой условие существования сверхтекучести в неидеальном газе Бозе—Эйнштейна. Это условие впервые было указано Л. Д. Ландау [66]. [c.243]

Не приводя соответствующих математических выкладок, охарактеризуем, следуя [671, молекулярную картину сверхтекучести. Сверхтекучесть связана с присутствием неидеального бозе-конденсата. Покоящийся конденсат имеет энергию Е . Энергетический уровень конденсата, движущегося со скоростью а [c.243]

Итак, сверхтекучесть есть проявление квантовой когерентности жидкого гелия в его основном состоянии. Другим проявлением квантовой когерентности является упорядоченность пространственного распределения его плотности. Н. Н. Боголюбов получил выражение (1947) для флуктуаций плотности в элементе объема V, в среднем содержащем молекул неидеального газа Бозе—Эйнштейна [67] [c.244]

Физическая химия. Т.1 (1980) -- [ c.209 ]

Химический энциклопедический словарь (1983) -- [ c.517 , c.609 ]

Тепло- и массообмен Теплотехнический эксперимент (1982) -- [ c.228 ]

Квантовая механика (1973) -- [ c.397 ]

Большой энциклопедический словарь Химия изд.2 (1998) -- [ c.517 , c.609 ]

Краткая химическая энциклопедия Том 1 (1961) -- [ c.0 ]

Краткий справочник химика Издание 6 (1963) -- [ c.310 ]

Химия изотопов (1952) -- [ c.107 ]

Химия изотопов Издание 2 (1957) -- [ c.102 , c.246 ]

Краткая химическая энциклопедия Том 1 (1961) -- [ c.0 ]

Краткий справочник химика Издание 7 (1964) -- [ c.310 ]

Гелий (1949) -- [ c.395 , c.399 , c.408 , c.443 ]

Термодинамика реальных процессов (1991) -- [ c.320 ]

Справочник по физико-техническим основам криогенетики Издание 3 (1985) -- [ c.187 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология