Библиотека криофизика

Григорьев В.А.
Особенности сверхтекучего гелия

Особенности сверхтекучего гелия. Григорьев В. А.,
Редактор А.К. Городов
М., Издательство «МЭИ», 1985. - 52 с. - с ил.

В учебном пособии изложены современные представления о свойствах сверхтекучего гелия He-II, обусловленные квантовой природой этой необычной жидкости. Особое внимание обращено на описание свойств, связанных со сверхтекучестью и сверхтеплопроводностью, играющих важнейшую роль в процессе теплоотдачи в He-II.
Пособие содержит справочный материал в виде таблиц, которые иллюстрируют описываемые свойства и явления и необходимы для расчета теплообменных характеристик сверхтекучего гелия.
Пособие предназначено для студентов специальности «Криогенная техника».
Рецензенты:
- д.т.н., профессор В.В. Андрианов
- д.т.н., профессор В.В. Костюк

Cкачать в формате pdf:
Grigoriev_Sverctekuchiy-geliy.pdf

Об авторе: В.А. Григорьев. Биографический очерк

Предисловие

Как известно, жидкий гелий является единственной жидкостью, имеющей две различные фазы, одна из которых Не—II (сверхтекучий гелий) — обладает уникальными свойствами. Аномальная температурная зависимость плотности жидкого гелия от температуры, обнаруженная известным голландским ученым Камерлинг — Оннесом в 1911 г., является по существу первым указанием на существование в жидком гелии лямбда-перехода из Не—I в Не—II. Этот переход был окончательно выявлен в 1924 г. на кривой p=f(T), а несколько позднее подтвержден исследованиями зависимости диэлектрической проницаемости жидкого гелия (1928 г.) и теплоемкости (1932 г.) от температуры. Приблизительно в это же время были введены понятия Не—I и Не—II.

Аномальное поведение пленок Не—II впервые было зафиксировано в 1922 г., явление сверхтеплопроводности — в 1935 г., сверхтекучести — в 1938 г.

Переход Не—I в Не—II сопровождается резким изменением свойств переноса. При температурах существования Не—II (Т<2.172К) жидкий гелий обладает исключительно высокой теплопроводностью (при определенных температурах — более чем на порядок выше коэффициента теплопроводности серебра или меди и во много миллионов раз превосходит теплопроводность Не—I), значительной теплоемкостью и исчезающе (при протекании через узкие щели или капилляры) малой вязкостью.

Большие заслуги в изучении необычных свойств Не—II принадлежат советским ученым. В 1941 г. Л. Д Ландау, основываясь на результатах экспериментальных исследований П. Л. Капицы, предлагает двухскоростную модель и строит теорию сверхтекучести Не—II, позволяющую объяснить сверхтеплопроводность и сверхтекучесть гелия в области температур Не—II. Одним из блестящих подтверждений теории сверхтекучести явилось экспериментальное открытие существования второго звука в Не—II (В.П. Пешков, 1946 г.). В 1946 г. Э. Л. Андроникашвили удалось осуществить непосредственное измерение концентраций нормальной и сверхтекучей компонент в зависимости от температуры, также подтверждающее двухскоростную модель Л. Д. Ландау.

B конце 50-х годов наметился некоторый кризис двухскоростной модели. Например, согласно этой модели, сверхтекучую компоненту трудно привести во вращение — вместе с сосудом должна вращаться лишь нормальная компонента. В то же время опыты по вращению цилиндра с гелием доказывали обратное гелий вращается, как обычная классическая жидкость. Для объяснения этого феномена было высказано предположение, что вращающийся Не—II пронизан рядом вихревых нитей с квантованными циркуляцией и энергией, причем возникновение вихрей не означает срыва сверхтекучести. Существование вихрей, экспериментально подтвержденное (1967 г.), дало толчок новым теоретическим исследованиям He-II (аналогично теории сверхпроводников 2-го рода). В частноcти, новое толкование получило понятие критических скоростей — скоростей, при которых происходит массовое образование вихрей, т.е. возникает турбулентность в Не-II. Таким образом, были заложены основы современного макроскопического описания Не-II, в котором двухскоростная гидродинамика Л. Д. Ландау дополняется принципом квантования.

Следующая страница: "Кипение криогенных жидкостей. Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. "