|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Механокалорический эффект |
 | |
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.
Ключевые слова
Разделы наук
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.
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); A - термометр сопротивления, B -пробка из мелкого корунда, C - струя гелия. Перед опытом сосуд был погружен в жидкий сверхтекущий гелий 3.
Литература
1. Фастовский В.Г. Криогенная техника.- М.: Наука, 1974.- С.214.
2. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1984.- С.944.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
