WikiSort.ru - Не сортированное

Термомеханический эффект (эффект фонтанирования) — эффект перетекания свертекучей жидкости против потока тепла. Был обнаружен Алленом и Джонсом в 1938 г.^[1] При нагревании сосуда с ${\displaystyle He_{II}}$ , соединённого сверхщелью (очень узкой щелью шириной менее ${\displaystyle 10^{-4}}$ см) с другим сосудом, гелий перетекает в нагреваемый сосуд из другого сосуда^[2]. Закон сохранения энтропии ${\displaystyle {\frac {\partial \rho s}{\partial t}}+\nabla \rho sv=0}$ требует, чтобы скорость жидкости ${\displaystyle v}$ имела то же направление, что и поток энтропии ${\displaystyle \rho sv}$ . Тем не менее, в случае термомеханического эффекта сверхтекучая жидкость течёт против потока тепла^[3]. Также называется эффектом фонтанирования, так как в случае нагревания нижнего конца капилляра с ${\displaystyle He_{II}}$ , он стремится вытечь из верхнего конца капилляра, наблюдается фонтан высотой до 30 см.^[4][5]

Механокалорический эффект

Обратным к термомеханическому является механокалорический эффект. Был обнаружен Даунтом и Мендельсоном в 1939 г.^[6] При перетекании ${\displaystyle He_{II}}$ из одного сосуда в другой сквозь сверхщель в сосуде, из которого вытекает сверхтекучая жидкость, температура возрастает, а сосуде, в который перетекает жидкость, охлаждается^[7].

Объяснение

Термомеханический и механокалорический эффекты были объяснены П. Л. Капицей в 1941 г. на основе результатов проведённых им опытов по точному измерению температуры, скорости поступления тепла и разности давлений при перетекании ${\displaystyle He_{II}}$ через сверхщель и построенной на их основе двухжидкостной модели свехтекучести^[8][9][10].

Двухжидкостная модель гелия-II объясняет оба эффекта тем, что через узкие щели протекает лишь сверхтекучая компонента, которая не переносит энтропии^[11][2].

Термомеханический эффект объясняется тем, что нормальная компонента, переносящая тепло, не может пройти через капиллярную трубку, а сверхтекучая компонента, которая проходит через капилляр, не переносит тепла и является прекрасным изолятором. Жидкость, вытекающая из сосуда через сверхщель, не несёт с собой энтропии. В результате остающаяся в сосуде жидкость сохраняет прежнюю энтропию, но распределённую по меньшей массе, то есть её температура повышается^[12]. Повышение температуры на нижнем конце капилляра приводит к повышению давления на нижнем конце по сравнению с верхним. Фонтанирующая струя появляется вследствие разности давлений^[4].

Механокалорический эффект объясняется тем, что сверхтекучая компонента не переносит тепла. В результате в сосуде, откуда вытекает гелий, нет потери тепла, а полная масса уменьшается, энергия в расчёте на единицу массы возрастает, остающийся в сосуде гелий нагревается^[4]. В сосуде, куда перетекает жидкость, энтропия также не изменяется, но распределяется по большей массе и в результате температура в нём понижается^[12].

См. также

• Сверхтекучесть

Примечания

Литература

• Паттерман С. Гидродинамика сверхтекучей жидкости. — М.: Мир, 1978. — 520 с.