Техника - молодёжи 1951-04, страница 10

сящая от разноси: температур в сосудах. Очэнь существенно, что это перетекание гели л по тонкому капилляру сопровождается эффектом охлаждения гелия в сосуде, в к ->торый гелий перетекает.

Все эти очень гтранные и необычные факты нашли объяснение в теории сверхтекучести, разрабо танноЗ академиком Л. Д. Ландау Согласно этгй теории, гелий-II •представляет собой однородну ю сверхтекучую жидкость лишь при абсолютном нуле. По мере нагревания гелия в нем возникает тепловое движение, но энергия этсго теплового движения не распределяется равномерно между всеми атомами гелия, а связывается с отдельными теплолыми возбуждениями ('-тепловыми квантами!-), которые. подобно ч-ас гидам некоего газа, перемещай гсл по ге-лию-II, ударяю гея и ore закивают от -стенок, сталкив ются между собой и т. д. По мере повышения температуры ччело этих частиц возрастет, срегнее расстояние меж; у ними уменьшается, и они начинают сильно взаимодействовать друг с дру] ом, так что «таз возбуждений» становился слорее «жидкостью

Таким образом, гелий-II оказывается очень тонкой, однородной и неразделимой смесью двух жидкостей, или, как говорят, двух колпо-неьт: «■сверхтекучей'*, и!з которой единственно состоит гелий при температуре абсолютного нуля, и «норма \ьной», образованной тепловыми ьозС/ждениями. По мере повышения температуры количество «нормальной» жидкости все более и более возрастает за счег «сверхтекучей-) жидкости, пока, наконец, .гри z,186 К весь гелий не оказывается превратившемся ш нормальную жидкость.

Согласно теории Л. Д. Ландау, сверхтекучая компонента движется, не испытывая никакого трения ни о стенки сосуда, в который заключен жидкий гелий, ни о нарчаль-н} д жидкость. Напротив, нормальная компонента веде? себя подобно обычным жидкостям и, в частности, обладает вязкостью.

Как же ооъяснязэтся основные явления- наолюдающисся в гели] II, -с точки зрения этой теории? Противоречие лгжду опыта::м по вязкости гелия-Н, определенной методом перетекания по капилляру и методом затухания колеоаний диска, связано, Разумеется, с тем, что в первом случае проявляет себя сверхтетуччя часть жидкости, н* испытывающая тренип при течении через капилляр, тогда чак при колебаниях диска в жидком гелии диск испытывает соударение с тепловыми возбуждениями и, таким с 5разоч, вовлекает в движение нормальную компоненту, опладгющую вязкостью, .то и приводит к зату-хапип колеоаний.

Очень высокую теплопроводность гелия можно представить себе еле дующий образом. Бзли тепловая энергия передается по капилляр" соединяющему два сосуда А и В, заполненные гелием и находящиеся при разных температурах (в А находился нагреватель, по которому пропускается ток), то имеет место непрерывное течение нормальной компоненты по капилляру из А, где она непрерывно зарождается, в В. Так как плии прч этом продолжает заполнять А, то ясно, что

сВторым тукам» в гелии-II наныоаг п волны тепловых гаябуждении. /Второй звук» распространяется со скорчстью, i десять раз меньшей скорости обычного Звукj в гелии.

одновременно ю капилляру в противоположном направлении от В к А течет сверх "екучая жидкость, так что в итоге перенос мгссы отсут ствует. Не надо думать, что оба эти встречных потока как-то разделена по со-ению капилляра, — скажем, норма хьное те"ение происходит по середине капилляра, а сверхтекучее - я присте^ой области. Поскольку, Согласно этой теории, нормальное и сверхтекучее движения не взаимодействуют друг с друом и ле иопыть вают взаимного тренйя, ни в состоянии со-лерше=но свободно проходить как бы «друг сквозь дру»а!, так что в "-.аждой точке пространства внутри к; пилляра г ;лий уча« вует одновременно в двух движениях, происходящих в «противоположных направлениях.

Становятся пончтнмми и явления сструистого: распространения тепла в гелии- II. Так как все тепло гели^-П связано с нормальной составляющей, то иеханкзм переноса тепла состоит здесь в да-лжениг нормальной компоненты. Так как эте движение связано с определенной вязкостью, то неудивительно, что гепловой псток — поток нормальной компоненты — давит на препятстиие и оказывает реактивное цействие. Встречный жэ потех, не обладающий вязкостью сверхтекучей кемпоненть", щаялилия сказывать не может.

Получает простое чбъяснение терме-механический яффект- В сс-суде с более высокой температурой больше конипнтргция тепловых возбуждений- Так net тепловые возбуждения ведут себя подобно частицам, то moj ^ду обоими сосудами появляется раэнозть давления, которую можно назвать осмотическим давлением раствора тепловых возбужлениГ;. Под действием этого давлении свер ктекучал часть гелия, стремясь разбавить концентрг-цию тепловых возбуждений, устремляется по капилляру и, так как ;е течение происходит без тронгш, то даж« через очень тонкий ка-пиллг? быстро натекает заметное количество гелия. Понятно также, что это протекание должно сопровождаться эффектом охлаждения: ведь сверхтекучее движение не переносит с собой тепла, сверхтекучая компонента как бы находится при температуре абсолютного нуля.

Проницаемость тонкмх капилляров и узких щелей тля сверхтекучей части гелия, прм практически полной непроницаемости для нормальной компоненты гелия, откры-

вгет принципиальна з возможность разделения обеих компонент и по-луения таким путем значительного понижения те мпературы. Однако до настоящего времени не удалось достигнуть аЛфек г: охлаждения, прелыпающего 0,1 — 0,2'К. ввиду серьезных экспериментальных трудное гей.

Теория сверхтекучести не только объяснила широкий Kpyi яв\ений, набл.эдающи^я в гелии-II, но v?r же продска )ала ряд hojux эффектов. II числу таких предсказаний теории относится так называемый «рторей звук» — волновое ™»спрс странение тепла в гелии-IL В этой жлдкости тепловые волны, возбуждаемые периодически нагреваемой и охлаждаемой поверхностью, распространяются на очень большое расстояние, не затухая.

Следовательно, в гелии-II наблюдаются два типа волновых процессов- незатухающие тепловые во шы («второй звук») и, кроме того, обычный (-«-первый звук-).

'Экспериментальное доказательство существования «втсро-( ®ука» было осуществи (но В П. Пешковым. Он очень псдр01 но исследовал скорость «второго звук,- ■ в самых различных условиях. Эти опыты свились блестящим подтве-ржд! -нлем теории сгерхтекучести гели."-II развитой советскими ученьгли. Вместе с твм нг основании экспериментальных данных, по\учонных Hernia даым, тео-рин подверглась некоторому уточнению, главным образом с количественной стороны.

Другим замечате\ьчым явлением, наблюдающимся при тем lepa-ype жидкого гелия, лчляется сверхпро водимость ме тгллов.

Как известно, сопротивление чистых металлов меняется весьм" характерным обра юм. С пониж кием температуры, сопротивление металла убывает, однако скорость этого убывания уже при темпе ратуре жидко-о водорода становится меньше, а в области температур жидкого гелия сопротив/ оние металла оказывается почти не зависящи" от температуры.

Такой температурный ход находит себе следующее тегретиче'жое объяснение. Носителя ли электрического тока в ме галле являются электроны. Если бы крчсталлическ я р япетка была правильной, элек-трон пролетал Сы через нее, не ис-

Ток, однажды возбужденный в свинцовом кольце, погруженном t жидкий гелий, циркулируй- в нем, не ослабевая, течение долгого времени.

10