Суперсұйық гелийдің жұқа пленкасы және оның қасиеттері
Rollin film
Суперфлюидтік гелийдің жұқа қабаты (Rollin қабығы) – гелий II күйіндегі 30 нм қалыңдық сұйық қабат. Өту қабілеті, жылу өткізгіштігі жоғары, капиллярлар арқылы буланады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Суперсұйық гелийдің сұйық қабығы
Liquid film of superfluid helium
Бернард В. Роллиннің есімімен аталған Роллин қабығы – гелий II күйіндегі 30 қалыңдығындағы сұйық гелий қабығы. Ол қабықтың деңгейінен жоғары көтерілген беттерге (толқын таралуы) жауап ретінде "сырғанап" жылжу эффектісін көрсетеді. Гелий II кез келген жабылмаған ыдыстан капиллярлар арқылы (диаметрі 10 мм және одан жоғары) сығып шығып, соңында булануы мүмкін. Роллин қабықтары фонтан эффектісіне қатысады, онда суперсұйық гелий ыдыстан фонтан сияқты ағып шығады. Олардың жылу өткізгіштігі жоғары. Суперсұйықтардың жоғары орналасқан кедергілерден өту қабілеті жиі Оннес эффектісі деп аталады, ол Хейке Камерлинг Оннес есімімен аталған. Оннес эффектісі капиллярлық күштердің гравитациялық және тұтқыр күштерден басымдығының нәтижесінде пайда болады. Роллин қабығында таралатын толқындар жақын жағалаудағы гравитациялық толқындар сияқты теңдеумен басқарылады, бірақ гравитацияның орнына, қалпына келтіру күші Ван дер Ваальс күші болып табылады. Қабықтың қалыңдығы өзгерген кезде оның химиялық потенциалы өзгереді. Бұл толқындар үшінші дыбыс деп аталады.
A Rollin film, named after Bernard V. Rollin, is a 30 thick liquid film of helium in the helium II state. It exhibits a "creeping" effect in response to surfaces extending past the film's level (wave propagation). Helium II can escape from any non closed container via creeping toward and eventually evaporating from capillaries of 10 or greater. Rollin films are involved in the fountain effect where superfluid helium leaks out of a container in a fountain like manner. They have high thermal conductivity. The ability of superfluid liquids to cross obstacles that lie at a higher level is often referred to as the Onnes effect, named after Heike Kamerlingh Onnes. The Onnes effect is enabled by the capillary forces dominating gravity and viscous forces. Waves propagating across a Rollin film are governed by the same equation as gravity waves in shallow water, but rather than gravity, the restoring force is the van der Waals force. The film suffers a change in chemical potential when the thickness varies. These waves are known as third sound.
Қабықтың қалыңдығы
Қабықтың қалыңдығы энергия теңгерімділігі арқылы есептелуі мүмкін. Бос беттен биіктікте орналасқан шағын сұйық көлем элементін қарастырайық. Сұйық элементіне әсер ететін гравитациялық күштің потенциалдық энергиясы , мұндағы – жалпы тығыздық және – гравитациялық үдеу. Бөлшектерге шаққандағы кванттық кинетикалық энергиясы , мұндағы – қабықтың қалыңдығы және – бөлшектің массасы. Сондықтан, таза кинетикалық энергиясы , мұндағы – Бозе-Эйнштейн конденсатындағы атомдардың үлесі. Қалыңдыққа қатысты жалпы энергияны минимумдау қалыңдықтың мәнін береді:
The thickness of the film can be calculated by the energy balance. Consider a small fluid volume element which is located at a height from the free surface. The potential energy due to the gravitational force acting on the fluid element is , where is the total density and is the gravitational acceleration. The quantum kinetic energy per particle is , where is the thickness of the film and is the mass of the particle. Therefore, the net kinetic energy is given by , where is the fraction of atoms which are Bose–Einstein condensate. Minimizing the total energy with respect to the thickness provides us the value of the thickness: