Termomechanikai hatás

Termomechanikai hatás  (kifolyó effektus) - az alvadási folyadék áramlásának hatása a hőárammal szemben. Allen és Jones fedezték fel 1938-ban [1] Amikor egy edényt , amelyen egy szuperrés (nagyon keskeny, egy cm-nél kisebb rés) köt össze egy másik edénnyel, felmelegítenek, hélium áramlik a fűtött edénybe egy másik edényből. [2] . Az entrópia megmaradásának törvénye megköveteli, hogy a folyadék sebessége azonos irányú legyen az entrópia áramlásával . A termomechanikai hatás esetén azonban a szuperfolyékony folyadék a hőárammal szemben folyik [3] . Kiöntő effektusnak is nevezik , mivel a kapilláris alsó végének melegítése esetén a kapilláris felső végéből hajlamos kifolyni, akár 30 cm magas szökőkút is megfigyelhető [4] [5]

Mechanokalorikus hatás

A termomechanikai hatás reciproka a mechanokalorikus hatás. Daunt és Mendelsohn fedezte fel 1939-ben [6] Amikor az egyik edényből a másikba áramlik egy szuperrésen keresztül, az edény hőmérséklete, amelyből a szuperfolyékony folyadék kiáramlik, megnő , és az edény, amelybe a folyadék áramlik, lehűl [7] .

Magyarázat

A termomechanikai és mechanokalorikus hatásokat Kapitsa P. L. fejtette ki 1941-ben a hőmérséklet pontos mérésére, a hőbevitel sebességére és a szuperrésen átáramló nyomáskülönbségre vonatkozó kísérletei, valamint a szuperfluiditás kétfolyadékos modellje alapján. ezek alapján épült [8] [9] [10] .

A hélium-II kétfolyadékos modellje mindkét hatást azzal magyarázza, hogy szűk réseken csak az entrópiát nem közvetítő szuperfluid komponens áramlik át [11] [2] .

A termomechanikai hatást az magyarázza, hogy a normál hőátadó komponens nem tud átjutni a kapilláris csövön, míg a kapillárison áthaladó szuperfolyékony komponens nem ad át hőt és kiváló szigetelő. Az edényből a szuperrésen keresztül kiáramló folyadék nem hordoz magával entrópiát . Ennek eredményeként az edényben maradó folyadék ugyanazt az entrópiát megtartja, de kisebb tömegre oszlik el, azaz hőmérséklete emelkedik [12] . A hőmérséklet emelkedése a kapilláris alsó végén az alsó végének nyomásnövekedéséhez vezet a felsőhöz képest. A kiáramló sugár a nyomáskülönbség miatt jelenik meg [4] .

A mechanokalorikus hatás azzal magyarázható, hogy a szuperfolyékony komponens nem ad át hőt. Ennek eredményeként az edényben, amelyből hélium folyik, nincs hőveszteség, és az össztömeg csökken, az egységnyi tömegre jutó energia nő, az edényben maradó hélium pedig felmelegszik [4] . Abban az edényben, ahol a folyadék áramlik, az entrópia szintén nem változik, hanem nagyobb tömegben oszlik el, és ennek következtében csökken benne a hőmérséklet [12] .


Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Allen JF, Jones J. Nature, 141, 243 (1938)
  2. ↑ 1 2 R. Feynman Statisztikai Mechanika. - M., Mir, 1975. - p. 357
  3. ↑ Patterman, 1978 , p. 39.
  4. ↑ 1 2 3 Szuperfolyékonyság // A mikrovilág fizikája. - M., Szovjet Enciklopédia, 1980. - c. 354, 358
  5. ↑ Szuperfolyékonyság // Fizika "A"-tól "Z"-ig. - M., Pedagógia-Nyomda, 2003. - p. 352
  6. ↑ Daunt JG, Mendelssohn K. Nature, 143, 719 (1939)
  7. ↑ Patterman, 1978 , p. 40.
  8. ↑ Kapitsa P. L. A folyékony hélium problémái // Kísérlet, elmélet, gyakorlat. - M., Nauka, 1981. - p. 22-49
  9. ↑ Kapitsa P. L. Journ. Phys. Szovjetunió, 5, 59 (1941)
  10. ↑ Kapitsa P. L. Phys. Rev. 60, 354 (1941)
  11. ↑ Patterman, 1978 , p. 45-46.
  12. ↑ 1 2 Patterman, 1978 , p. 41.

Irodalom