Жидкий гелий (стр. 3 )

Сверхтекучий 3Не.

Редкий изотоп 3Не начали исследовать лишь в 1949. В первых экспериментах 3Не не был сверхтекучим при температурах выше 1 К. Однако физики-теоретики предсказывали, что эта жидкость может стать сверхтекучей, если ее охладить до температур ниже 1 К. Благодаря достижениям техники низких температур группе ученых из Корнеллского университета удалось охладить жидкий 3Не до температур ниже 0,003 К и обнаружить фазовый переход в жидкости. Последующие измерения подтвердили, что жидкий 3Не становится сверхтекучим при охлаждении до сверхнизких температур.

Многие свойства сверхтекучего 3Не весьма отличны от свойств 4Не. В 3Не сверхтекучая жидкость состоит из пар атомов 3Не, связанных силами взаимного притяжения. Это похоже на ситуацию в металлических сверхпроводниках, сверхпроводимость которых обусловлена образованием связанных пар электронов (см. также СВЕРXПРОВОДИМОСТЬ). Еще одно различие состоит в том, что атомы 3Не имеют магнитный момент, а атомы 4Не – нет. Это означает, что на сверхтекучий 3Не должны действовать внешние магнитные поля. Дальнейшие исследования сделают более понятной квантовую природу сверхтекучести. См. также ГЕЛИЙ; ФИЗИКА НИЗКИX ТЕМПЕРАТУР.

 

http://chem21.info/info/1450456/  Справочник химика. Если это подставить в уравнение (70), получим уравнение Гортера для эффекта термомолекулярного давления, который для жидкого гелия II называется фонтанным эффектом  [c.118]

    Другое явление, связанное с механизмом переноса тепла в гелии II, — фонтанный эффект 2) (фиг. 8.24). Если трубку с пористой пробкой поместить в жидкий гелий II так, чтобы сопло выступало из гелиевой ванны, то при нагревании пробки со стороны сопла из последнего появляется струя жидкого гелия. [c.345]  Фиг 8.24 Фонтанный эффект в жидком гелии П. [c.345]

    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]

    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 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 . 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 -роникашвили. Открытие и исследование С. положили начало новому разделу современной физики — квантовой гидродинамики. [c.219]

    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]

http://know. sernam. ru/book_mph. php? id=122

§ 118. Жидкий гелий

Жидкий гелий замечателен прежде всего тем, что это самая холодная жидкость в природе. Обычный гелий состоящий из атомов с атомным весом 4, имеет критическую температуру. 5,25 К-Следовательно, в жидком состоянии он может существовать только ниже этой температуры. Под давлением в 1 атм он кипит при 4,21 К. Еще более низкую критическую температуру имеет редкий изотоп гелия с атомным весом Она равна 3,35 К, а под давлением своих паров, равным 1 атм, жидкий кипит при 3,195 К.

Все другие вещества уже при значительно более высоких температурах переходят в твердое состояние. Жидкий же гелий не твердеет и при температурах, еще более близких к абсолютному нулю, и все указывает на то, что и при абсолютно нуле нормальным состоянием гелия является жидкое состояние. Это, однако, не значит, что гелий вообще не может быть твердым. Но в твердое состояние он может быть переведен только под повышенным давлением, тем более высоким, чем выше температура. Даже при абсолютном нуле для кристаллизации гелия потребовалось бы давление в 25,27 атмосферы.

Наиболее важной особенностью жидкого гелия является существование двух его модификаций, переходящих одна в другую при 2,186 К (при этой температуре переход происходит при давлении паров в одну атмосферу; под повышенным давлением температура перехода более низкая). Эти две модификации называются Не I и Не II. Точка перехода Не I — Не II обычно называется точкой. Название это принято из-за вида кривой температурной зависимости теплоемкости жидкого гелия, напоминающей букву X (рис. 145). Скачок теплоемкости в точке перехода является важной чертой этого перехода, отличающей его от таких, например, превращений, как парообразование или плавление, которые не сопровождаются скачком теплоемкости, но при которых выделяется скрытая теплота (см. гл. IX). Переход Не I в He II происходит без выделения или поглощения скрытой теплоты.

Рис. 145.

Жидкий Не I, т. е. жидкий гелий выше -точки, обладает нормальными для сжиженных газов свойствами, если не считать его очень низкой температуры. Внешне это бесцветная жидкость, бурно кипящая с обильным выделением пузырьков. Плотность жидкого гелия около Низкотемпературная же модификация жидкого Не II по своим свойствам резко, отличается как

от Не I, так и от всех других жидкостей в природе. Даже внешне жидкий Не II резко отличается от Не I тем, что тотчас после понижения температуры ниже -точки прекращается бурное кипение и образование пузырьков. О причинах этого явления будет сказано ниже.

Жидкий гелий II. Сверхтекучесть. Самой разительной особенностью жидкого Не II является сверхтекучесть. Это свойство, которым ни одно другое вещество (не исключая и легкого изотопа гелия) не обладает, заключается в том, что жидкий Не II при своем течении через тонкие капилляры, щели и т. д. не испытывает никакого трения. Течение жидкого Не II происходит так, как будто бы вязкость его равна н0 г.).

Как известно, вязкость (внутреннее трение) связана с переносом количества движения (импульса) от одного слоя движущейся жидкости или газа к другому. Этот процесс происходит при столкновении молекул, совершающих тепловые движения при одновременном упорядоченном движении всей жидкости или газа как целого.

Жидкий Не I, как и всякая другая жидкость, обладает вязкостью, хотя и очень малой, не болынёй, чем у газообразного гелия (около пуаз). Течение Не I происходит таким же образом, как и течение обычных жидкостей. Но при переходе через -точку вязкость гелия внезапно уменьшается по крайней мере в миллион раз и становится меньше пуаз, т. е. практически равной нулю (напомним, что вязкость воды равна пуаз). Это значит, что жидкий Не II может свободно протекать через самые тонкие капилляры, щели и отверстия, непроницаемые даже для газа. И именно в самых тонких капиллярах течение жидкого Не II характеризуется закономерностями, коренным образом отличающимися от законов течения обычных жидкостей.

У обычных жидкостей скорость течения определяется, как известно, уравнением Пуазейля

где V — объем жидкости, протекающей за 1 с через сечение трубки, перепад давления, длина и радиус трубки, вязкость жидкости. Скорость течения, следовательно, при данной вязкости растет с увеличением и падает с ростом