Жидкий гелий (стр. 6 )

Эффекты в жидком гелии.

Термомеханический эффект.

Эффект фонтанирования – появление в сверхтекучей жидкости разности давления обусловленной разностью температур. В сосуде с большей температурой (подогрев) и соединенного капилляром с основной емкостью (сообщающиеся сосуды) уровень жидкого гелия выше. Второй пример: сосуд набитый черным порошком в перевернутом виде, капилляр выше уровня, погружается в жидкий гелий и облучается светом. В результате нагрева жидкий гелий фонтанирует из капилляра.

Механокалорический эффект.

(эффект фонтанирования), появление в сверхтекучей жидкости разности давлений Δр, обусловленной разно­стью темп-р Δ T (см. Сверхтекучесть). Т. э. проявляется в различии уровней жидкости в двух сосудах, сообщаю­щихся через узкую щель или капилляр и находящихся при разных темп-рах (рис., а). Другой наглядный способ

Термомеханич. эффект: а — уровень жид­кости в сосуде с нагревателем Н выше, чем в сообщающемся с ним сосуде; б — фонта­нирование гелия при освещении и нагреве порошка П, находящегося в сосуде со сверх­текучим гелием (В — гигроскопич. вата).

демонстрации Т. э. заключается в на­греве излучением трубки, набитой мелким чёрным порошком и опущенной одним концом в сверхтекучий гелий. При освещении порошок быстро нагре­вается, и из-за возникающей разности давлений в сосуде и вне его жидкий ге­лий фонтаном выбрасывается из верх­него конца капилляра (рис., б). В рам­ках двухжидкостной модели сверхте­кучего гелия Т. э. можно объяснить как выравнивание концентраций сверхтекучей компоненты, свободно проте­кающей через щель в направлении на­гретой части жидкости. В то же время поток норм. компоненты в обратном направлении невозможен из-за дейст­вия сил вязкости (см. Гелий жидкий). Для разности давлений в Т. э. термо­динамически получено соотношение Δp/ΔT=ρS, где ρ — плотность, S — энтропия жидкого гелия.

Обратный эффект — охлаждение сверхтекучего гелия при продавливании его через узкие щели или капил­ляры — наз. механокалорическим эф­фектом.

• См. лит. при ст. Сверхтекучесть.

Наблюдается в жидком гелии 4 Не при темп-pax ниже темп-ры пере­хода в сверхтекучее состояние (ниже 2,19 К при норм. давлении): при вы­текании гелия из сосуда через узкий капилляр или щель (~1 мкм) оста­ющийся в сосуде гелий нагревается. Открыт в 1938 англ. физиками и К. Мендельсоном; эффект получил объяснение на основе квант. теории сверхтекучести. Обрат­ное явление — течение гелия, вы­званное подводом теплоты, наз. тер­момеханическим эффектом. См. Ге­лий жидкий.

Обратный эффект – охлаждение гелия при продавливании через капилляры и щели.

В официальной физике эффекты объясняются наличием двух компонент сверхтекучей и нормальной.

На самом деле все зависит от слишком малой атомной плотности гелия и очень большого температурного коэффициента расширения при этой температуре. Скачок увеличения плотности перед кристаллизацией как у воды, висмута. Поэтому при продавливании происходит увеличение давления и резкое расширение после того, в результате никакого противоречия с термодинамикой. Насчет фонтанирования вообще надумано из пальца. Эффект давно известен еще с девятнадцатого века а может и раньше.

Так и воду можно нагревать светом от обычной лампы в черной колбе, Тепленькое всегда вверх лучше течет. Главное чтоб не слишком толстый слой воды между колбой и источником света был.

Де Хаза-Ван Альфена эффект.

При низких температурах у металлов: висмут, бериллий, цинк, и полупроводников наблюдается осцилляционное изменение магнитной восприимчивости при плавном увеличении напряженности магнитного поля. Обратный эффект смотри ниже.

Шубникова-Де Хааза эффект.

В магнитных полях 104-105 эрстед при низких температурах у всех металлических кристаллов наблюдается осциллирующая зависимость электросопротивления от магнитного поля. Объясняется следствием квантования движения электронов в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля. Как правило, квантовая осциллирующая зависимость в виде небольшой ряби наложена на обычную зависимость сопротивления от магнитного поля.

Ну, прямо шедевр квантовой механики. Во-первых, раз удалось поймать осцилляцию, значит частота этой осцилляции практически заметна глазу. То есть в цифрах это изменение какого-то знака после запятой не очень далеко от нее стоящего. И всего максимум сотня другая точек. На графике эту осцилляцию видно, значит частота уж очень маленькая. А во-вторых, частота вращения электронов, если бы это были они, несравнимо выше. К тому же по той же квантовой теории орбиты электронов непредсказуемы, это облако. Неооопределенность Гейзенберга и модель атома Резерфорда-Бора. Правда последнее время появились и другие модели ничуть не улучшающие ситуации. В принципе квантование движения электронов именно в плоскости перпендикулярной магнитному потоку что означает? Это изменение скорости движения?

Так что о перпендикулярном полю движении (вращении) электронов и говорить не стоит. И перпендикулярность под сильным вопросом. Также проблематично и скачкообразное перемещение свободных электронов поперек проводника перпендикулярно электрическому полю. Во-первых их нет, а если бы и были то как скачут? И возникает вопрос: а не видоизмененный ли это эффект Холла. А осцилляцию можно объяснить, внимательно посмотрев на опыты Франка-Герца и повторив их в магнитном поле, даже без сверхпроводимости.

Также последние два эффекта перекликаются с Баркгаузена эффектом

Сверхпроводимость.

Серьезный вопрос…

Принципиальная схема опыта Оннеса:
1 — источник тока; 2 — выключатель, замыкающийся, чтобы ток циркулировал в сверхпроводящем контуре внутри сосуда 3с жидким гелием; 4 — сверхпроводящее кольцо, которое создает магнитное поле H(на рисунке обозначены его силовые линии); 5 — магнитная стрелка, с помощью которой отслеживаются изменения магнитного поля

В свое время еще Оннес поставил такой опыт: поместил в сосуд с жидким гелием, который служил охладителем, кольцо из сверхпроводника, в котором циркулировал ток (рис. ). Если бы сверхпроводник имел отличное от нуля сопротивление, ток в кольце уменьшался бы и тогда изменялось бы магнитное поле, которое создает такой кольцевой ток. Магнитное поле можно регистрировать вне сосуда с жидким гелием. За его изменением следили просто по стрелке компаса. За те несколько часов, которые были в распоряжении Оннеса, пока не испарился жидкий гелий, никакого изменения магнитного поля не было обнаружено. Впоследствии этот опыт повторялся. В 1950-е гг. за магнитным полем подобного кольца следили около полутора лет и также не обнаружили никакого изменения. Таким образом, точность утверждения о нуле сопротивления стала поистине фантастической. Если даже считать, что в пределах этой точности у сверхпроводника есть какое-то небольшое сопротивление, то и тогда уменьшение тока в небольшой катушке можно будет заметить лишь через миллионы лет.

Оннес в опыте пропускал очень большой ток - десятки, если не многие сотни ампер. Короче это был ток короткого замыкания. Сопротивление то почти нулю равно. Почти. А от обычной батарейки большого тока не будет. Следовательно, и сильного поля создать не удастся, такого чтоб реагировала магнитная стрелка. Для этого надо солидный электролитический аккумулятор, который при таком включении просто из строя выйдет, если не использовать ограничительного сопротивления или солидной защиты генератора тока от перегрузки. Вообще отклонение магнитной стрелки (точнее, ее ориентация по оси кольца) в обычных условиях наблюдается при токах вызывающих солидный нагрев проводника вплоть до красного свечения. Вот, например, токи в обычном автомобильном стартере превышают несколько сот ампер без сильного нагрева при большом сечении провода во втягивающем электромагните. Индукцию такого электромагнита можно посчитать умножением числа витков соленоида на индукцию одного витка.

К великому сожалению ни в одном из подобных опытов не регистрируется поведение магнитной стрелки в зависимости расстояния от кольца. По существующей теории расчета магнитного поля обычного не сверхпроводящего кольца (закон Био-Савара) индукция получается по формуле.

Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10–4 Тл. На поле земли стрелка реагирует однозначно почти везде, если нет магнитных аномалий.

К примеру:

при R = 0.1 м I=200 A м0 = 4р·10–7 H/A2 ≈ 1,26·10–6 H/A2.

B=(1,26·10–6 * 200 )/2 *0.1 =12,6 10-4 тесла.

Просто невероятно, поле такого кольца должно быть в 25 раз сильнее земного, а соленоида в число витков раз еще больше. Но ни один из существующих соленоидов не заставляет дергаться магнитную стрелку уже в нескольких десятках метров от него. Вопрос интересный в смысле верности методик измерения магнитного поля земли.

О чем речь? Ток короткого замыкания в соленоиде не измерялся. Охладитель за короткое время у Онеса испарился – попросту выкипел. А в закрытом сосуде давление бы просто разорвало бы его. Да и давление не измерялось. Поэтому все повторы опыта проводились до выкипания при открытом сосуде или при постоянном пополнении охладителя. А это означает, что выделялось тепло и сопротивление явно не полный ноль. Просто уменьшение колоссального тока практически короткого замыкания достаточно мало при постоянном охлаждении.