Сверхтекучий гелий-4
-
Сверхтекучий гелий-4
- Сверхтекучая форма гелия-4, изотопа элемента гелия
- Вещество ведет себя как жидкость с нулевой вязкостью
- Образуется при температуре 2,17 К
-
История открытия
- Открыт Петром Капицей, Джоном Ф. Алленом и Доном Мизенером в 1937 году
- Наблюдался Оннесом в 1911 году
- Описан с помощью феноменологических и микроскопических теорий
-
Свойства сверхтекучего гелия-4
- Обладает нулевой вязкостью и нулевой энтропией
- Поток пленки ограничен критической скоростью около 20 см/с
- Вращение образует квантованные вихри
-
Сравнение с гелием-3
- Атомы гелия-4 являются бозонами, подчиняются статистике Бозе–Эйнштейна
- Атомы гелия-3 являются фермионами, описываются теорией сверхпроводимости BCS
-
Макроскопическая теория
- Фазовая диаграмма показывает твердую и жидкокристаллическую области, область жидкости и газа
- λ-линия разделяет области He-I и He-II
- Ниже λ-линии жидкость описывается двухжидкостной моделью
-
Гидродинамика сверхтекучей жидкости
- Уравнение движения задается законом Ньютона
- Волны плотности нормальной составляющей подобны звуковым волнам
-
Уравнение силы для сверхтекучего 4He
- Сила определяется как градиент химического потенциала и гравитационного ускорения.
- Уравнение показывает, что термодинамика усиливается гравитацией.
-
Эквалайзер и давление фонтана
- Эквалайзер показывает, что сила содержит член, обусловленный градиентом химического потенциала.
- Давление фонтана может быть рассчитано из энтропии 4He.
-
Эксперимент с суперлегким соединением
- В эксперименте с суперлегким соединением давление в нужном сосуде равно давлению фонтана.
- Эффект фонтана используется для циркуляции 3He в холодильниках.
-
Перенос тепла в He-II
- Тепло переносится за счет конвекции, а не теплопроводности.
- Высокая теплопроводность He-II используется для стабилизации сверхпроводящих магнитов.
-
Микроскопическая теория сверхтекучести
- Ландау разработал феноменологическую теорию, объясняющую сверхтекучесть гелия-4.
- Были предложены различные микроскопические модели, такие как модели с вихревыми кольцами и модели твердых сфер.
- Гауссовский кластерный подход обеспечивает наилучшее соответствие эксперименту.
-
Рекомендации по литературе
- Энтони М. Гено: Основные сверхтекучие жидкости, Тейлор и Фрэнсис, Лондон, 2003
- Д.Р. Тилли и Дж. Тилли: Сверхтекучесть и сверхпроводимость, IOP Publishing Ltd., Бристоль, 1990
- Научный отдел Министерства энергетики: Сверхтекучесть
- Хаген Кляйнерт: Калибровочные поля в конденсированных средах, т. I, «СВЕРХТЕКУЧИЕ И ВИХРЕВЫЕ ЛИНИИ», World Scientific, Сингапур, 1989
- Джеймс Ф. Аннетт: Сверхпроводимость, сверхтекучие жидкости и конденсаты, Оксфордский университет, Оксфорд, 2005
- Лондон, Ф.: Сверхтекучие жидкости, Уайли, Нью-Йорк, 1950
- Филипп Лебрен и Лоран Тавиан: Технология получения сверхтекучего гелия
-
Внешние ссылки
- Интерактивные свойства гелия-4
- Жидкий гелий II, сверхтекучий: демонстрация перехода в лямбда-точку/ парадокс вязкости /модель двух жидкостей/эффект фонтана/расползающаяся пленка / второй звук
- Физика сегодня, февраль 2001 г.
- архив сверхтекучей гидродинамики, опубликованный 3 марта 2016 года в the Wayback Machine
- Сверхтекучие фазы гелия
- Индуистская статья о сверхтекучих состояниях
- Видео, включающее странное поведение сверхтекучего гелия