к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Звук в сверхтекучем гелии-4

Звук в сверхтекучем гелии ⁴Не - гидродинамич. волны, распространяющиеся в сверхтекучем гелии (Не II). Согласно квантовой теории сверхтекучести (двухкомпонентной модели Не II), гидродинамика сверхтекучей жидкости, в отличие от обычной гидродинамики, характеризуется двумя скоростями движения v_s и v_n, являющимися соответственно скоростями сверхтекучей и нормальной компонент жидкого Не II. Появление дополнит. гидродинамич. переменной (v_s)приводит к увеличению числа степеней свободы системы и возможности возникновения новых, по сравнению с классич. гидродинамич. системами, типов 3. (звуковых мод). Типы возможных звуковых волн и скорости их распространения зависят также от геом. параметров гелиевой системы и кол-ва примеси ³Не. В объёме сверхтекучего ⁴Не могут распространяться волны двух типов - первый звук (ПЗ) и второй звук (ВЗ). Волны первого типа аналогичны гидродинамич. звуку в обычной жидкости и представляют собой в осн. распространяющиеся колебания плотности r и давления р. Специфич. особенностью Не II является существование т. н. ВЗ - тепловых волн: распространяющихся колебаний температуры Т и энтропии S (в обычных средах температурные колебания затухают на расстоянии порядка длины волны). Поскольку коэф. теплового расширения (дr/дТ)_р гелия аномально мал, колебания плотности (давления) и температуры (энтропии) оказываются практически независимыми. При этом скорость ПЗ u₁ задаётся обычным соотношением: u²₁=(dp/dr)_s, а скорость ВЗ: u²₂= r_sTS²/Cr_n, где r_s, r_n-соответственно плотности сверхтекучей и нормальной компонент, С - теплоёмкость. При низких температурах, не слишком близких к температуре Т_l исчезновения сверхтекучести гелия, норм. компонента представляет собой газ квазичастиц (элементарных возбуждении системы), а ВЗ - звуковые волны в газе квазичастиц. В чистом ⁴Не это звуковые волны в системе ротонов и фононов. При понижении температуры времена свободного пробега t квазичастиц в Не II возрастают. При этом гидродинамич. ПЗ переходит в высокочастотный ПЗ - слабозатухающие волны плотности на частотах w >>1/t. На поверхности сверхтекучего гелия может распространяться поверхностный ВЗ - звуковые колебания в системе поверхностных возбуждений. Для чистого Не II это звук в системе рипплонов (квазичастиц, соответствующих квантованным капиллярным волнам на поверхности Не II). В тонких сверхтекучих гелиевых плёнках распространяется третий звук (ТЗ) - практически изотермич. поверхностные волны в пленке Не II. Распространение ТЗ сопровождается осцилляциями сверхтекучей компоненты параллельно подложке, а нормальная компонента при не очень толстой плёнке тормозится подложкой и в колебаниях не участвует. Существ. особенностью ТЗ является значит. испарение и конденсация гелия при колебаниях, что сглаживает осцилляции температуры и приводит к почти изотермич. характеру распространения волны. Скорость изотермич. ТЗ где относит. плотность сверхтекучей компоненты усреднена по толщине плёнки d, Е - потенциал сил ван-дер-ваальсовского притяжения гелиевого атома к подложке (см. Межмолекулярное взаимодействие), L - теплота испарения. Четвёртый звук (ЧЗ) распространяется в Не II, находящемся в узких капиллярах или в мелкопористой среде, когда длина свободного пробега квазичастиц Не II сравнима или заметно превосходит характерный размер в системе. При этом нормальная компонента жидкости неподвижна и для определения скорости ЧЗ в ур-ниях гидродинамики следует положить v_n=0. В результате, если пренебречь коэф. теплового расширения, и²₄= (r_s/r)u²₁+ (r_n/r)u²₂. Как правило, в этом выражении второй член много меньше первого. При низких темп-pax скорость распространения ЧЗ как в чистом ⁴Не, так и в слабых растворах ³Не в Не II близка к скорости ПЗ. Пятый звук представляет собой тепловые (температурные) волны в сверхтекучих гелиевых плёнках в условиях, когда процессы испарения (конденсации) в плёнке подавлены. Волны пятого звука являются адиабатическими и распространяются со скоростью u²₅= (r_n/r)u²₂. При достаточно низких темп-pax примесная система ³Не в растворе ³Не в Не II тоже должна перейти в сверхтекучее состояние. В таком растворе с двумя бозе-конденсатами ³Не и ⁴Не могут распространяться звуковые волны трёх типов: 1) колебания плотности (давления) со скоростью распространения, близкой к скорости ПЗ в чистом Не II; 2) колебания в системе примесных квазичастиц ³Не, распространяющиеся со скоростью, близкой, в меру малой концентрации ³Не, к где vF - фермиевская скорость (см. Ферми-жидкость; )3) температурные колебания со скоростью распространения, экспоненциально убывающей с уменьшением концентрации ³Не. Волны второго и третьего типов соответствуют ПЗ и ВЗ в сверхтекучем ферми-газе примесных квазичастиц ³Не.

Литература по звуку в сверхтекучем гелии-4

Халатников И. М., Теория сверхтекучести, М., 1971;
Паттерман С., Гидродинамика сверхтекучей жидкости, пер. с англ., М., 1978;
Atkins К. R., Rudniсk I., Third sound, в кн.: Progress in low temperature physics, v. 6, Arast.-L., 1970;
Edwards D. O., S a a m W. F., The free surface of liquid Helium, там же, v. 7a, Amst., 1978;
JelatisG. J., Roth J. A., Maynard J.D., Observation of fifth sound in a planar superfluid "He Film, "Phys. Rev. Lett.", 1979, v. 42:
Вashkin E. P., Meyerovich A. E., ³He-⁴He quantum solutions, "Adv. Phys.", 1981, v. 30, .№ 1.

A. Э. Мейерович

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира