Плинність рідини. Надтекучість гелію

Вище розглядалися особливості в поведінці рідини, обумовлені наявністю у неї вільної поверхні. Іншою найважливішою особливістю рідини є притаманна їй плинність. Пояснити це властивість можна на підставі подань про характер теплового руху молекул рідини. Постійна зовнішня сила, що діє на рідину, призводить до переважної спрямованості стрибків частинок рідини уздовж напрямку дії сили. Наслідком цього і є потік частинок вздовж напрямку дії сили, тобто плинність.
Мірою плинності рідини служить величина, де η – коефіцієнт в’язкості. Якщо зовнішня сила переменна, але її період Т >>, то раніше виникає потік часток рідини і її плинність. Якщо Т <<, то механізм плинності не встигає проявитися і рідина відчуває пружні деформації.
Зупиняючись на явищі плинності, слід згадати про надплинності гелію. Гелій – найхолодніша рідина в природі. В твердий стан він може бути перетворений тільки під тиском у кілька десятків атмосфер. Найбільш важливою особливістю рідкого гелію є існування двох його модифікацій, які переходять одна в іншу при 2,186 К. Ці дві модифікації називаються Чи не I і Не II. Точка переходу Чи не I – Не II називається λ-точкою. Цей перехід називається фазовим переходом II роду, характерною ознакою якого є стрибок теплоємності.
Гелій II володіє вражаючим властивістю – надтекучістю, відкритої в 1938 р П.Л. Капицею і поясненої Л.Д. Ландау. Надтекучий гелій не володіє в’язкістю, він без тертя протікає через дуже вузькі капіляри і щілини.
Пояснення явища надплинності, запропоноване Ландау, зводиться до того, що при температурі абсолютного нуля енергія і імпульс атомів змінюватися не можуть, тому при взаємодії з твердим тілом, наприклад, при перебігу в капілярі, не відбувається передачі імпульсу, тобто в’язкість не виникає.
При температурі вище абсолютного нуля частина атомів Не II збуджується і стає здатною до передачі імпульсу. Отже, Не II являє собою суміш двох компонент: чи не збудженої сверхтекучей і збудженою, що володіє деякою в’язкістю. Це проявляється в тому, що у вузьких капілярах (діаметром до 10-3 см) тече тільки невязкая компонента, швидкість течії не залежить від різниці тисків на кінцях капіляра. При більш широких капілярах рухається також і в’язка компонента, швидкість течії починає залежати від різниці тисків, але вигляд цієї залежності істотно відрізняється від виду залежності, властивої звичайним рідинам.
З підвищенням температури кількість збудженої в’язкої компоненти збільшується, і при Т = 2,19 До надтекучість зникає. Надтекучість – чисто квантове явище, що не пояснюване класичної фізикою. Гелій II є єдиною квантової рідиною, так як всі інші рідини тверднуть при значно більш високих температурах, при яких описаний квантовий ефект ще не проявляється.

ПОДІЛИТИСЯ: