Второй звук в жидком гелии

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Второй звук в жидком гелии — специфическое квантовомеханическое явление в жидком гелии, а также в некоторых других веществах, заключающееся в наличии двух скоростей звука для двух частей энергетического спектра элементарных возбуждений, фононной и ротонной.

Второй звук — слабозатухающие колебания температуры и энтропии в сверхтекучем гелии. Скорость распространения второго звука определяется из уравнений гидродинамики сверхтекучей жидкости в двухкомпонентной модели. Если пренебречь аномально малым для гелия коэффициентом теплового расширения, то в волне второго звука осциллируют только температура и энтропия, а плотность и давление остаются постоянными. Распространение второго звука не сопровождается переносом вещества. Во втором звуке передача тепла происходит путём волнообразного движения, а не более привычным механизмом диффузии. Это приводит к очень высокой теплопроводности. Название «второй звук» связано с тем, что движение волн тепла похоже на распространение звука в воздухе.

Второй звук в жидком гелии

[править | править код]

Второй звук в гелии II наблюдается при температурах ниже лямбда-точки (2,1768 К), когда 4Не переходит в сверхтекучее состояние и имеет почти идеальную теплопроводность. При падении температуры к 0 К скорости волн температуры и энтропии растут. Они могут быть сгенерированы и наблюдаться в резонаторе. При температуре 1,8 К температурная волна распространяется со скоростью примерно 20 м/с. Озвучивались также результаты по сверхтекучести гелия в твердом теле, но они подвергались сомнению в ряде источников[1].

Второй звук можно также интерпретировать как колебания концентрации квазичастиц в сверхтекучем гелии. В чистом 4He это колебания в системе ротонов и фононов.

Существование второго звука было предсказано теоретически Ландау, расчетное значение равнялось 25 м/с. Фактически измеренное — 19,6 м/с[2].

Второй звук в других веществах

[править | править код]

3He также обладает вторым звуком при температуре ниже 2,5 мК, 6Li также близко к 0 К. Сверхтекучесть 6Li наблюдалась при температуре 50 нК в Массачусетском технологическом институте в апреле 2005 года[3]. Второй звук наблюдается также в некоторых диэлектрических твердых веществах, таких как Bi и NaF. В 2019 г. второй звук был обнаружен в графите[4]

Примечания

[править | править код]
  1. Сверхтекучесть твердого гелия: сенсация отменяется? Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 30 октября 2008 года.
  2. Академик П. Л. Капица, Свойства жидкого гелия. Дата обращения: 18 мая 2014. Архивировано 21 февраля 2016 года.
  3. Новое состояние материи — газ с высокотемпературной сверхтекучестью получен физиками Массачусетского Технологического Института. Дата обращения: 6 декабря 2009. Архивировано 12 марта 2016 года.
  4. S. Huberman1, R. A. Duncan, K. Chen, B. Song, V. Chiloyan, Z. Ding, A. A. Maznev, G. Chen, K. A. Nelson Observation of second sound in graphite at temperatures above 100 K Архивная копия от 4 мая 2019 на Wayback Machine // Science, 26 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6438, pp. 375-379