Благодарю за реферат по физике, качественно и в срок)
Информация о работе
Подробнее о работе
Сверхтекучесть
- 13 страниц
- 2020 год
- 22 просмотра
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Открытие сверхтекучести 4
1.1 Идеальная жидкость 4
1.2 Ранние эксперименты с жидким гелием 5
1.3 Гелий II и фазовые переходы второго рода 6
1.4 Открытие сверхтекучести 7
2. Сверхтекучесть 8
2.1 Двухжидкостная модель гелия-II 8
2.2 Основные факты о сверхтекучести 8
2.3 Сверхтекучесть в других системах 10
2.4 Высокотемпературная сверхтекучесть 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 13
1.1 Идеальная жидкость
Идеальная жидкость - в гидродинамике воображаемая несжимаемая жидкость, в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости.
Таким образом, идеальная жидкость – это сверхтекучая жидкость. Тела, двигающиеся в такой жидкости не испытывают трения, а посему полностью подчиняются простейшему случаю закона Галилея об инерции: их движение прямолинейно и имеет постоянную скорость. Если тело вращается, то его вращение в идеальной жидкости вечно и имеет одну и ту же угловую скорость.1
Моделью идеальной жидкости пользуются при теоретическом рассмотрении задач, в которых вязкость не является определяющим фактором и ею можно пренебречь.
...
1.2 Ранние эксперименты с жидким гелием
Впервые сверхтекучий гелий получил нидерландский физик и химик Хейке Камерлинг-Оннес в 1908-м году, хотя в то время этот факт не был ясен. Однако, Камерлинг-Оннес сделал несколько важных наблюдений: он измерил плотность гелия, и выяснил, что она достигает своего максимума при 2,17 кельвинов, а измеряя теплоемкость жидкого гелия, он заметил, что ниже этой температуры значения очень сильно отличаются.
В 1922-м году Камерлинг-Оннес зафиксировал еще одно необычное явление. Он поместил открытый дьюаровский сосуд с жидким гелием в другой такой сосуд, также заполненный жидким гелием, в результате чего ожидал, что гелий из внешнего сосуда будет испаряться быстрее, чем гелий из внутреннего. Это вытекает из привычных для нас законов, однако ученый обнаружил одновременное испарение гелия из обеих емкостей. Примечательно было и то, что если перелить гелий из одной емкости в другую, то спустя короткое время уровни жидкости в обоих сосудах выровняются.
...
1.3 Гелий II и фазовые переходы второго рода
В 1927-м году датский физик Вильям Кеезом и польский физик Мечислав Вольфке измерили диэлектрическую проницаемость жидкого гелия – физическую характеристику среды, которая определяет отношение напряженности электрического поля к электрической индукции. Ученые подтвердили, что эта характеристика действительно делает заметный прыжок около критической температуры. Проведя также измерение теплопроводности и теплоемкости, они сделали вывод, что в этом состоянии происходит фазовый переход гелия.
Примечательно, что в отличие от других фазовых переходов (например, из жидкого в газообразное состояние) веществу требуется сколько-нибудь энергии, в то время как такой фазовый переход гелия не требовал энергии вовсе. Также отсутствовала какая-то четкая граница между этими двумя состояниями гелия.
В 1933-м году физик-теоретик Пауль Эренфест создает концепцию фазовых переходов второго рода.
...
1. Открытие сверхтекучести
1.1 Идеальная жидкость
Идеальная жидкость - в гидродинамике воображаемая несжимаемая жидкость, в которой отсутствуют вязкость и теплопроводность. Так как в ней отсутствует внутреннее трение, то нет касательных напряжений между двумя соседними слоями жидкости.
Таким образом, идеальная жидкость – это сверхтекучая жидкость. Тела, двигающиеся в такой жидкости не испытывают трения, а посему полностью подчиняются простейшему случаю закона Галилея об инерции: их движение прямолинейно и имеет постоянную скорость. Если тело вращается, то его вращение в идеальной жидкости вечно и имеет одну и ту же угловую скорость.1
Моделью идеальной жидкости пользуются при теоретическом рассмотрении задач, в которых вязкость не является определяющим фактором и ею можно пренебречь.
...
2.1 Двухжидкостная модель гелия-II
В 1941-м году советский физик Лев Ландау предложил теорию сверхтекучести, согласно которой гелий II есть смесью двух компонент – обычной и сверхтекучей. При этом сверхтекучая компонента имеет температуру абсолютного нуля, и ее число уменьшается с нагреванием.
Переход из основного в возбужденное состояние Ландау связывал с квазичастицами ротонами и фононами, спектр которых должен был иметь особенную форму. Напомним, что квазичастицы представляют собой возбуждения в кристаллах с некоторой волновой функцией. Двухжидкостная модель отлично описывала поведение гелия II и объясняла некоторые особенности вещества.
Ландау не использовал в своей теории явление конденсата Бозе-Эйнштейна (хотя в то время уже возникали способы объяснить сверхтекучесть таким образом), потому что считалось, что активное взаимодействие атомов гелия между собой делает конденсацию невозможной.
...
2.2 Основные факты о сверхтекучести
Главной особенностью систем, которые находятся в состоянии сверхтекучести – есть перенос массы без потери энергии. Объяснение этого явления скрывается глубоко в квантовой механике.
К наиболее «странным» особенностям сверхтекучего состояния можно отнести следующие.
Энтропия в веществе в сверхтекучем состоянии равна нулю и не возрастает.
Теплопроводность при нулевой температуре – бесконечная. То есть в сверхтекучем гелии невозможно установить градиент температур.
Тонкие пленки – одно из свойств сверхтекучей жидкости, не раз вводившее в заблуждение исследователей, в первую очередь Камерлинг-Оннеса.
Фонтанный эффект. Если погрузить колбочку с жидким гелием и нагревателем в ней, в большую емкость гелия, то при работе нагревателя, с колбочки начнет бить фонтан гелия, при том, что количество гелия в колбе не будет уменьшаться.
...
2.3 Сверхтекучесть в других системах
В 1995 году в экспериментах с разреженными газами щелочных металлов были достигнуты достаточно низкие температуры для того, чтобы газ перешел в состояние бозе-конденсата. Как и ожидалось на основании теоретических вычислений, полученный конденсат вёл себя как сверхтекучая жидкость. В последующих экспериментах было установлено, что при движении тел сквозь этот конденсат со скоростями меньше критической никакой передачи энергии от тела к конденсату не происходит.
В 2000 году Ян Петер Тоэнниэс демонстрирует сверхтекучесть водорода при 0,15°K
В 2004 году было объявлено об открытии сверхтекучести и у твёрдого гелия.
С 2004 года, на основании результатов ряда теоретических работ предполагается, что при давлениях порядка 4 миллионов атмосфер и выше водород становится не способным переходить в твердую фазу при любом охлаждении (как и гелий при нормальном давлении) образуя тем самым сверхтекучую жидкость.
...
2.4 Высокотемпературная сверхтекучесть
Высокотемпературная сверхтекучесть - термин, относящийся к явлениям, напоминающим низкотемпературную сверхтекучесть, проявляющимся при комнатных температурах. Физика этого явления также отличается от физики обычной сверхтекучести.
Например, течение воды в трубе круглого сечения обладает свойствами высокотемпературной сверхтекучести. Это проявляется в том, что значение числа Рейнольдса, при котором происходит переход к турбулентному режиму превосходит на два порядка значения для труб другого сечения, что можно истолковать как понижение на столько же порядков эффективной вязкости. 5
Явление высокотемпературной сверхтекучести может иметь место при движении морских животных (дельфинов) в воде, позволяя им развивать большую скорость. Первоначальные оценки необходимых для этого мышечных усилий при условии турбулентного обтекания показали, что эти усилия превышают возможности дельфинов в 10 раз (парадокс Грея).
...
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены идеальная жидкость, ранние эксперименты с жидким гелием, гелий II и переходы второго уровня, открытие сверхтекучести, двухжидкостная модель гелий II, основные факты о сверхтекучести, сверхтекучесть в других системах, а также высокотемпературную сверхтекучесть и другие моменты.
Из вышеизложенного материала необходимо сделать несколько выводов: во-первых, наиболее известное вещество такого рода – сверхтекучий гелий, который может вытекать из сосуда тонкой жидкой пленкой, образовавшейся на стенках этого сосуда. Также благодаря сверхтекучести гелий способен циркулировать по кругу более 18-ти часов без затухания (дальнейшее замедление происходит не по причине трения, а из-за иных квантово-механических явлений); во-вторых, как и с любыми фундаментальными открытиями, сверхтекучесть не имеет какого-либо определенного и популярного применения.
...
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беляев, С.Т. Квантовая механика систем многих тождественных частиц: учеб. пособие / С.Т. Беляев. – М.: МФТИ, 2014. – 68 с.
2. Клегг, Б. Квантовая теория / Б. Клегг ; [пер. с англ. О. И. Перфильева]. — М. : РИПОЛ классик, 2014. — 160 с.
3. Семиков, С.А. Баллистическая Теория Ритца и картина мироздания (Концепция материи и света, микромира и Космоса. Альтернатива теории относительности и квантовой физике. Революция в науке и технике)/С.А. Семиков.– 3-е изд., перераб. и доп. – Нижний Новгород: Перспектива, 2013.– 612 с.
4. Шадрин А.А. Поля и вихроны. Структура мироздания вселенной. - 2-е изд. – Москва-Берлин: Директ-Медиа, 2015. – 967 с.
5. Анисимов В.М. Физика конденсированного состояния (твердые тела и жидкости). - Монография. — 2-е изд. доп. и перераб. — М.: Наука, 2019. — 176 с.
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
