 | Механокалорический эффект |  |
Охлаждение сверхтекучего жидкого гелия, вытекающего из сосуда через узкий капилляр под действием разности давлений, сопровождаемое разогревом гелия, остающегося в сосуде
Анимация Описание Явление охлаждения сверхтекучего жидкого гелия при температуре  , где  - температура фазового перехода, вытекающего из сосуда через узкий капилляр под действием разности давлений, сопровождаемое разогревом гелия, остающегося в сосуде. Обратный процесс - термомеханический эффект (эффект фонтанирования) появление в сверхтекучей жидкости разности давлений (градиента давлений), обусловленной разностью температур (градиентом температур)(302007). Жидкий гелий (4Не) - бесцветная прозрачная жидкость, кипящая при атмосферном давлении при температуре 4,44 К. Затвердевает жидкий гелий при давлении больше 25 атмосфер. При температуре  и давлении насыщенных паров 4Не испытывает фазовый переход второго рода. Гелий при  называется НеI, а при  называется НеII. При  наблюдается аномалия теплоемкости. Теплопроводность НеII в миллионы раз превосходит теплопроводность НеI. Такое различие в величине теплопроводности приводит к резкому отличию в поведении НеI и НеII. НеI бурно кипит, а НеII представляет жидкость со спокойной поверхностью. Объяснение было дано Л.Д .Ландау на основе двухкомпонентной модели жидкого гелия. Суть этой модели заключается в том, что НеII представляет собой жидкость, содержащую две компоненты: нормальную и сверхтекучую. Каждая компонента характеризуется своей плотностью и скоростью. Полная плотность r = rn + rs есть сумма плотностей компонент (индексы n и s здесь и дальше относятся к характеристикам соответственно нормальной и сверхтекучей компонент).Таким образом, в каждой точке пространства можно указать две скорости движения: скорость сверхтекучего движения  и скорость нормального движения  . В покоящемся НеII различие между сверхтекучей и нормальной компонентами не обнаружено; оно проявляется лишь при течении НеII. Поэтому точнее было бы говорить не о существовании двух компонент в НеII, а об одновременном сосуществовании двух движений - нормального и сверхтекучего. В двухкомпонентной модели предполагается, что нормальная компонента обладает всеми обычными свойствами движения вязкой жидкости, в то время как сверхтекучая компонента движется без трения и не осуществляет перенос теплоты. При этом обе компоненты могут свободно перемещаться относительно друг друга без трения, а сверхтекучая компонента не обладает трением при соприкосновении со стенками сосуда, в котором они находятся. В случае механокалорического эффекта, если НеII вытекает из сосуда по узкому капилляру, то капилляр действует как фильтр и пропускает только сверхтекучую компоненту, которая не несет теплоты. Поэтому в сосуде, из которого вытекает НеII, нет потери теплоты, а полная масса уменьшается и, следовательно, энергия в расчете на единицу массы возрастает, т е. остающийся в сосуде НеII нагревается. Наоборот, если НеII втекает в сосуд по узкому капилляру, то энергия на единицу массы в сосуде уменьшается и происходит охлаждение НеII в сосуде. Временные характеристики Время инициации (log to от -3 до 1); Время существования (log tc от 13 до 15); Время деградации (log td от -3 до 1); Время оптимального проявления (log tk от -2 до 0). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Опыт Дж.Доунта и К.Мендельсона (рис. 1). Опыт Дж. Доунта и К. Мендельсона Рис. 1 При быстром вытекании сверхтекущего жидкого гелия 1 из закрытого сосуда Дюара 2 через мелкопористую пробку температура в сосуде повышалась (примерно на 0,01 К); 3 - термометр сопротивления, 4 -пробка из мелкого корунда, 5 - струя гелия. Перед опытом сосуд был погружен в жидкий сверхтекущий гелий 6. Применение эффекта Физический эффект применяется в криогенной технике (рис. 2). Криогенная установка 
Рис. 2 Обозначения: 1 - горловина с капиллярными каналами; 2 - емкость для стекающего (охлажденного) гелия; 3 - насос; 4 - резервуар с жидким гелием. Литература  1. Фастовский В.Г. Криогенная техника.- М.: Наука, 1974.- С.214.
2. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1984.- С.944. |