Большая Советская энциклопедия II

СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ

особое состояние квантовой жидкости (См. Квантовая жидкость),находясь в котором жидкость протекает через узкие щели и капилляры без трения; при этом протекающая часть жидкости обладает равной нулю энтропией (См. Энтропия). Единственным представителем семейства сверхтекучих жидкостей долгое время считался жидкий гелий4He, становящийся сверхтекучим ниже температуры Тλ= 2,17 К (при давлении насыщенных паровps=37,8мм рт. ст.).Сверхтекучий4He назывался Не II (см. Гелий). С. Не II была открыта П. Л. Капицей (См. Капица) в 1938. В 1972—74 было установлено, что С. обладает также жидкий3He при температуре нижеТс= 2,6 ․10-3К на кривой плавления. Переход нормальных жидких4He и3He в сверхтекучее состояние представляет собой Фазовый переход II рода.
Сверхтекучую жидкость нельзя представлять как жидкость, не обладающую вязкостью, т. к. эксперименты с крутильными колебаниями диска, погруженного в Не II, показали, что затухание колебаний при температуре, не слишком далёкой отТλ(«лямбда-точки»), мало отличается от затухания аналогичных колебаний в Не I, который С. не обладает.
Теория сверхтекучести Не II.С. He ll была объяснена Л. Д. Ландау в 1941. Теория Ландау, получившая название двухжидкостной гидродинамики, основана на представлении о том, что при низких температурах свойства Не II как слабовозбуждённой квантовой системы обусловлены наличием в нём элементарных возбуждений, или квазичастиц (См.Квазичастицы). Согласно этой теории, Не II можно представить состоящим из двух взаимопроникающих компонент: нормальной и сверхтекучей.
Нормальная компонента при температурах, не слишком близких кТλ,представляет собой совокупность квазичастиц двух типов — Фононов (квантов звука) и Ротонов (квантов коротковолновых возбуждений, обладающих большей, чем у фононов, энергией). При T = 0 плотность нормальной компоненты ρn= 0, поскольку при этом любая квантовая система находится в основном состоянии и возбуждения (квазичастицы) в ней отсутствуют. При температурах от абсолютного нуля до 1,7—1,8 К совокупность элементарных возбуждений в4He можно рассматривать как идеальный газ квазичастиц. С дальнейшим приближением кTλиз-за заметно усиливающегося взаимодействия квазичастиц модель идеального газа становится неприменимой. Взаимодействие квазичастиц между собой и со стенками сосуда обусловливает вязкость нормальной компоненты.
Остальная часть Не II — сверхтекучая компонента — вязкостью не обладает и поэтому свободно протекает через узкие щели и капилляры; её плотность ρs=ρ—ρn,где ρ — плотность жидкости. ПриТ= 0, ρs=ρ,при увеличении температуры концентрация квазичастиц растет, поэтому ρsуменьшается и, наконец, обращается в нуль приТ = Тλ(С. в λ-точке исчезает,рис. 1). Согласно теории Ландау, жидкость перестаёт быть сверхтекучей и в случае, когда скорость её потока превышает критическое значение, при котором начинается спонтанное образование ротонов (см. Квантовая жидкость). При этом сверхтекучая компонента теряет импульс, равный импульсу испускаемых ротонов, и, следовательно, тормозится. Однако экспериментальное значение критической скорости существенно меньше той, которая требуется по теории Ландау для разрушения С.
С микроскопической точки зрения появление С. в жидкости, состоящей из атомов с целым спином (Бозонов),например атомов4He, связано с переходом приТ<Тλзначительного числа атомов в состояние с нулевым импульсом. Это явление называется Бозе — Эйнштейна конденсацией (См. Бозе - Эйнштейна конденсация),а совокупность перешедших в новое состояние атомов — Бозе-конденсатом. Существование в Не II атомов, обладающих различным характером движения, — атомов конденсата и атомов, не вошедших в конденсат, — приводит к двухжидкостной гидродинамике Ландау (Н. Н. Боголюбов;1947, 1963). Состояние всех частиц Бозе-конденсата описывается одной и той же квантовомеханической волновой функцией (См. Волновая функция)(конденсатной функцией) ψ = no— плотность конденсата, φ — фаза волновой функции. В случае, если атомы слабо взаимодействуют между собой,noсовпадает с ρs.В Не II из-за сильного взаимодействия атомовnoсоставляет приТ= 0 лишь несколько процентов ρs.Скорость движения сверхтекучей компоненты υsсвязана с φ соотношением Градиент функции φ,m —масса атома4He, h — Планка постоянная. Это означает, что сверхтекучая компонента движется потенциально (см. Потенциальное течение) и, следовательно, не испытывает сопротивления со стороны обтекаемых ею предметов и стенок канала или сосуда.
Потенциальность течения сверхтекучей компоненты может нарушаться на осях т. н. квантованных вихрей, которые отличаются от вихрей в обычных жидкостях (см. Вихревое движение) тем, что Циркуляция скорости вокруг оси вихря квантуется (Л. Онсагер,1948; Р. Фейнман,1955). Квант циркуляции скорости равенh/m.Квантованные вихри осуществляют взаимодействие между сверхтекучей и нормальной компонентами сверхтекучей жидкости. Это взаимодействие приводит хотя и к слабому, но конечному затуханию потока сверхтекучей жидкости в замкнутом канале. При некоторой скорости движения сверхтекучей компоненты относительно нормальной компоненты или стенок сосуда квантованные вихри начинают образовываться настолько интенсивно, что свойство С. исчезает. В рамках этой теории С. пропадает при скоростях, существенно меньших предсказываемых теорией Ландау и более близких к реальным значениям критической скорости. Квантованные вихри наблюдаются экспериментально при вращении сосуда с Не II. Кроме того, в экспериментах с ионами, инжектируемыми в Не II, обнаружены квантованные вихри, имеющие форму кольца.
Сверхтекучесть3He.При определённых условиях С. может осуществляться и в системах, состоящих из атомов с полуцелым спином — Фермионов (в т. н. ферми-жидкостях). Это происходит в том случае, когда между фермионами имеются силы притяжения, которые приводят к образованию связанных состояний пар фермионов, т. н. куперовских пар (см. Купера эффект). Куперовские пары обладают целым спином, поэтому могут образовывать Бозе-конденсат. С. такого рода осуществляется для электронов в некоторых металлах и носит название сверхпроводимости (См. Сверхпроводимость). Аналогичная ситуация имеет место в жидком3He, атомы которого имеют спин1/2и образуют типичную квантовую ферми-жидкость. Свойства ферми-жидкости можно описать как свойства газа квазичастиц-фермионов с эффективной массой примерно в 3 раза большей, чем масса атома3He. Силы притяжения между квазичастицами в3He очень малы, лишь при температурах порядка несколькихмКв3He создаются условия для образования куперовских пар квазичастиц и возникновения С. Открытию С. у3He способствовало освоение эффективных методов получения низких температур (См. Низкие температуры)— Померанчука эффекта и магнитного охлаждения (См. Магнитное охлаждение). С их помощью удалось выяснить характерные особенности диаграммы состояния3He при сверхнизких температурах (рис. 2). В отличие от4He (см. рис. 1 к ст. Гелий), на диаграмме состояния3He обнаружены две сверхтекучие фазы (А и Б). Переход нормальной ферми-жидкости в фазуАпредставляет собой фазовый переход II рода (Теплота фазового перехода равна нулю). В фазе A образовавшиеся куперовские пары обладают спином 1 и отличным от нуля моментом импульса. В ней могут возникать области с общими для всех пар направлениями спинов и моментов импульса. Поэтому фазаАявляется анизотропной жидкостью. В магнитном поле фазаАрасщепляется на две фазы (A1иA2),каждая из которых также является анизотропной. Переход из сверхтекучей фазыАв сверхтекучую фазу В является фазовым переходом 1 рода с теплотой перехода Сверхтекучесть1,5 ․10-6дж/моль(15эрг/моль).Магнитная восприимчивость3He при переходеА→Вскачком уменьшается и продолжает затем уменьшаться с понижением температуры. ФазаВявляется, по-видимому, изотропной.
Эффекты, сопутствующие сверхтекучести.В сверхтекучей жидкости, кроме обычного (первого) звука (колебаний плотности), может распространяться т. н. Второй звук,представляющий собой звук в газе квазичастиц (колебания плотности квазичастиц, а следовательно, и температуры). Сверхтекучая жидкость обладает аномально высокой теплопроводностью, причиной которой является Конвекция, —теплота переносится макроскопическим движением газа квазичастиц. При нагревании Не II в одном из сообщающихся (через капилляр) сосудов между сосудами возникает разность давлений (термомеханический эффект). Этот эффект объясняется тем, что в сосуде с большей температурой оказывается повышенной концентрация квазичастиц. Из-за того, что узкий капилляр не пропускает вязкого потока нормальной компоненты, возникает избыточное давление газа квазичастиц, подобное осмотическому давлению (См. Осмотическое давление) в растворе. Существует и обратный — механокалорический — эффект: при быстром вытекании Не II через капилляр из сосуда температура внутри сосуда повышается (в нём увеличивается концентрация квазичастиц), а вытекающий гелий охлаждается. Интересными свойствами обладает сверхтекучая плёнка гелия, образующаяся на твёрдой стенке сосуда. Так, например, она может выравнивать уровни Не II в сосудах, имеющих общую стенку.
Лит.:Капица П. Л., Эксперимент, теория, практика, М., 1974; Халатников И. М., Фомин И. А., Сверхтекучесть и фазовые переходы в жидком гелии-З, «Природа», 1974, № 6; Халатников И. М., Теория сверхтекучести, М., 1971; Квантовые жидкости. Теория. Эксперимент, М., 1969; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, пер. с англ., М., 1971; William Е., Kelier, Helium-3 and Helium-4, N.-Y., 1969.
Т. Е. Воловик.
Рис. 1. Диаграмма, иллюстрирующая двухжидкостную модель Не II (Т — абсолютная температура, ρn/ρ — отношение плотности нормальной компоненты к плотности Не II).
Рис. 2. Диаграмма состояния3He при низких температурах (T — абсолютная температура, ρ — давление).

  1. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ особое состояние квантовой жидкости iнаходясь в кром жидкость протекает через узкие щели и капилляры без трения при этом протекающая часть жидкости обладае...Большая советская энциклопедия
  2. сверхтекучесть—сущ. жен. рода только ед. ч....Большой русско-украинский словарь
  3. сверхтекучесть—свво жидкого гелия Не при темпре Т lti К и норм. давлении протекать без трения через узкие капилляры и щели. Сверхтекучий гелий т. н. HeII обладает резко аномальными теп...Большой энциклопедический политехнический словарь
  4. сверхтекучесть—свойство квантовой жидкости Не и Не протекать безвнутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п.Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк К была открыта...Большой энциклопедический словарь II
  5. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк...Большой энциклопедический словарь III
  6. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Т...Большой Энциклопедический словарь V
  7. сверхтекучесть—свойство квантовой жидкости supНе и supНе протекать без внутр. трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. С. supНе при темпpax ниже Tкsub К открыта в П. Л. Кап...Естествознание. Энциклопедический словарь
  8. сверхтекучесть—свойство квантовых жидкостей supHe и supHe протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т.п. Сверхтекучесть supHe при Tlt К открыта П.Л. Капицей...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  9. сверхтекучесть—приставка СВЕРХ корень ТЕК суффикс УЧ суффикс ЕСТЬ нулевое окончаниеОснова слова СВЕРХТЕКУЧЕСТЬВычисленный способ образования слова Приставочносуффиксальный или префи...Морфемный разбор слова по составу
  10. сверхтекучесть—Начальная форма Сверхтекучесть винительный падеж слово обычно не имеет множественного числа единственное число женский род неодушевленное...Морфологический разбор существительных
  11. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬstrong свойство жидкости которая не обладает вязкостью и потому не обладает сопротивлением к текучести. ГЕЛИЙ II жидкий гелий при температурах ниже К или ...Научно-технический энциклопедический словарь
  12. сверхтекучесть—состояние вещества жидкого гелия в котором оно ведет себя как жидкость не обладающая вязкостью внутренним трением поэтому может протекать без трения через очень узкие щел...Начала современного естествознания
  13. сверхтекучесть—сверхтекучесть ж. Совокупность физических явлений наблюдаемых в жидком гелии при температуре близкой к абсолютному нулю....Новый толково-словообразовательный словарь русского языка
  14. сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучесть и...Орфографический словарь
  15. сверхтекучесть—аса аышты...Орысша-қазақша «Энергетика» терминологиялық сөздік
  16. сверхтекучесть—suprafluidit...Политехнический русско-французский словарь
  17. сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучести сверхтекучестей сверхтекучести сверхтекучестям сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучестью сверхтекучестями сверхтекучести ...Полная акцентуированная парадигма по Зализняку
  18. сверхтекучесть—Орфографическая запись слова сверхтекучесть Ударение в слове сверхтекучесть Деление слова на слоги перенос слова сверхтекучесть Фонетическая транскрипция слова сверхтекуч...Полный фонетический разбор слов
  19. сверхтекучесть—сверхтекучесть иСинонимы текучесть...Русский орфографический словарь
  20. сверхтекучесть—сверхтекучесть ж.usuperfluidity текучесть...Русско-английский политехнический словарь
  21. сверхтекучесть—ж. нуклонная сверхтекучесть сверхтекучесть атомных ядер сверхтекучесть электронной жидкости спиновая сверхтекучесть...Русско-английский словарь по физике
  22. сверхтекучесть—superfluidity...Русско-английский словарь по электронике
  23. сверхтекучесть—superfluidity текучесть...Русско-английский технический словарь
  24. сверхтекучесть—Звышцякучасць...Русско-белорусский словарь
  25. сверхтекучесть—физ.i звышцякучасць жен.i...Русско-белорусский словарь II
  26. сверхтекучесть—ж. superfluidit f...Русско-итальянский политехнический словарь
  27. сверхтекучесть—аса аышты...Русско-казахский терминологический словарь «Водное хозяйство»
  28. сверхтекучесть—асын аышты...Русско-казахский терминологический словарь «Горное дело и металлургия»
  29. сверхтекучесть—асааымдылы...Русско-казахский терминологический словарь «Машиностроение»
  30. сверхтекучесть—Синонимы текучесть...Русско-китайский словарь
  31. сверхтекучесть—Superfluiditt Supraflssigkeit...Русско-немецкий политехнический словарь
  32. сверхтекучесть—superfluidit suprafluidit...Русско-французский словарь по химии
  33. сверхтекучесть—supertekutost supratekutost...Русско-чешский словарь
  34. сверхтекучесть—сверхтекучесть текучесть...Слитно или раздельно? Орфографический словарь-справочник
  35. сверхтекучесть—сверхтекучесть сущ. колво синонимов текучесть Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин. . Синонимы текучесть...Словарь синонимов II
  36. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовых жидкостей He и He протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т.п. Сверхтекучесть He при Tlt К открыта П.Л. К...Современная энциклопедия
  37. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Тк...Современный энциклопедический словарь
  38. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ ж. Совокупность физических явлений наблюдаемых в жидком гелии при температуре близкой к абсолютному нулю....Толковый словарь русского языка
  39. сверхтекучесть—Ударение в слове сверхтекучестьУдарение падает на букву уБезударные гласные в слове сверхтекучесть...Ударение и правописание
  40. сверхтекучесть—состояние квантовой жидкости при кром она протекает через узкие щели и капилляры без трения. Сверхтекучесть Не. Жидкий гелий Не становится сверхтекучим ниже темпры Tl К п...Физическая энциклопедия
  41. сверхтекучесть—сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучести сверхтекучестей сверхтекучести сверхтекучестям сверхтекучесть сверхтекучести сверхтекучестью сверхтекучестями сверхтекучести ...Формы слова
  42. сверхтекучесть—Хрусь Хруст Хетт Херь Херес Хер Хекер Хек Хевсур Учет Учесть Учес Утрехт Утес Утереть Устье Усть Устеречь Уесть Увечье Увет Тут Тур Тук Туес Туер Трут Труст Трус Треух Тр...Электронный словарь анаграмм русского языка
  43. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ свойство квантовой жидкости Не и Не протекать без внутреннего трения вязкости через узкие щели капилляры и т. п. Сверхтекучесть He при температурах ниже Т...Энциклопедический словарь естествознания
  44. сверхтекучесть—СВЕРХТЕКУЧЕСТЬуникальное состояние жидкости возникающее в гелии при очень низких температурах. Сверхтекучая жидкость отличается от обычных жидкостей тем что ее вязкость р...Энциклопедия Кольера II