Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Второй звук - это квантово-механическое явление, при котором передача тепла происходит за счет волнового движения, а не за счет более обычного механизма диффузии . Это приводит к очень высокой теплопроводности . Он известен как «второй звук», потому что волновое движение тепла похоже на распространение волн давления в воздухе ( звук ).

Нормальные звуковые волны - это колебания плотности молекул в веществе; Волны второго звука - это флуктуации плотности частичных тепловых возбуждений ( ротонов и фононов [1] ). Второй звук можно наблюдать в любой системе, в которой большинство фонон-фононных столкновений сохраняют импульс. Это происходит в супержидкостях , [2] , а также в некоторых диэлектрических кристаллах [3] [4] [5] , когда переброса мала. (Фонон-фононное рассеяние Umklapp обменивается импульсом с кристаллической решеткой, поэтому импульс фонона не сохраняется.)

Второй звук в гелии II [ править ]

Второй звук наблюдается в жидком гелии при температурах ниже лямбда-точки , 2,1768  К , где 4 He становится сверхтекучим гелием II . Гелий II имеет самую высокую теплопроводность из всех известных материалов (в несколько сотен раз выше, чем у меди ). [6] Второй звук можно наблюдать в виде импульсов или в резонаторе. [7]

Скорость второго звука близка к нулю около лямбда-точки, увеличиваясь примерно до 20 м / с около 1,8 К [8], примерно в десять раз медленнее, чем нормальные звуковые волны. [9] При температурах ниже 1 К скорость второго звука в гелии II увеличивается с понижением температуры. [10]

Второй звук также наблюдается в сверхтекучем гелии-3 ниже его лямбда-точки 2,5 мК. [11]

Второй звук в других медиа [ править ]

Второй звук наблюдался в твердом 4 He и 3 He, [12] [13] и в некоторых диэлектрических твердых телах, таких как Bi, в диапазоне температур от 1,2 до 4,0 К со скоростью 780 ± 50 м / с, [14] или NaF от 10 до 20 К. [15]

В 2019 году сообщалось, что обычный графит проявляет «второй звук» при 120 Кельвинах. Это было предсказано теоретически и наблюдалось экспериментально, и это была самая высокая температура, при которой наблюдался второй звук. [16] Однако этот второй звук наблюдается только на микромасштабе, потому что волна затухает экспоненциально с характерной длиной 1-10 микрон. Следовательно, предположительно графит в правильном температурном режиме имеет чрезвычайно высокую теплопроводность, нотолько с целью передачи тепловых импульсов на расстояние порядка 10 микрон и для импульсов длительностью порядка 10 наносекунд. Для более «нормальной» теплопроводности наблюдаемая теплопроводность графита меньше, чем, например, у меди. Теоретические модели, однако, предсказывают, что в изотопно чистом графите будут наблюдаться более длинные длины поглощения и, возможно, в более широком диапазоне температур, например, даже при комнатной температуре. (По состоянию на март 2019 года этот эксперимент еще не проводился.)

Приложения [ править ]

Измерение скорости второго звука в 3 Не- 4 He смеси могут быть использованы в качестве термометра в диапазоне 0.01-0.7 К. [17]

Осциллирующие преобразователи сверхтока (OST) [18] используют второй звук для обнаружения дефектов в полостях сверхпроводящего ускорителя . [19] [20]

См. Также [ править ]

  • Третий звук

Ссылки [ править ]

  1. ^ Смит, Хенрик; Дженсен, Х. Хойгаард (1989). «Раздел 4.3: Второй звук». Явления переноса . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-851985-0.
  2. Перейти ↑ Srinivasan, R (март 1999 г.). «Второй звук: волны энтропии и температуры» (PDF) . Резонанс . 3 : 16–24. DOI : 10.1007 / BF02838720 . S2CID 123957486 .  
  3. Перейти ↑ Srinivasan, R (июнь 1999). «Второй звук: роль упругих волн» (PDF) . Резонанс . 4 : 15–19. DOI : 10.1007 / bf02834631 . S2CID 124849291 .  
  4. ^ Prohofsky, E .; Крумхансл, Дж. (1964). "Распространение второго звука в твердых диэлектрических телах". Физический обзор . 133 (5A): A1403. Bibcode : 1964PhRv..133.1403P . DOI : 10.1103 / PhysRev.133.A1403 .
  5. ^ Честер, М. (1963). «Второй звук в твердых телах». Физический обзор . 131 (5): 2013–2015. Bibcode : 1963PhRv..131.2013C . DOI : 10.1103 / PhysRev.131.2013 .
  6. ^ Лебрен, Филлип (17 июля 1997). Сверхтекучий гелий как технический теплоноситель (PDF) (LHC-Project-Report-125). ЦЕРН. п. 4.
  7. ^ Ван Дер Буг, AGM; Хассон, LPJ; Дисатник Ю.А. Крамерс, ХК (1981). «Экспериментальные результаты по скорости второго звука и вязкости в разбавленных смесях 3He-4He». Physica В + С . 104 (3): 303–315. Bibcode : 1981PhyBC.104..303V . DOI : 10.1016 / 0378-4363 (81) 90176-5 .
  8. ^ Ван, RT; Вагнер, WT; Доннелли, Р.Дж. (1987). «Прецизионные измерения скорости второго звука в гелии II». Журнал физики низких температур . 68 (5–6): 409–417. Bibcode : 1987JLTP ... 68..409W . DOI : 10.1007 / BF00682305 . S2CID 120789592 . 
  9. ^ Lane, C .; Fairbank, H .; Фэрбэнк, В. (1947). «Второй звук в жидком гелии-2». Физический обзор . 71 (9): 600–605. Bibcode : 1947PhRv ... 71..600L . DOI : 10.1103 / PhysRev.71.600 .
  10. ^ Де Клерк, D .; Hudson, R .; Пеллэм, Дж. (1954). «Распространение второго звука ниже 1 ° K». Физический обзор . 93 (1): 28–37. Полномочный код : 1954PhRv ... 93 ... 28D . DOI : 10.1103 / PhysRev.93.28 .
  11. ^ Lu, S .; Кодзима, Х. (1985). "Наблюдение второго звука в сверхтекучем ^ {3} He-B". Письма с физическим обзором . 55 (16): 1677–1680. Bibcode : 1985PhRvL..55.1677L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.55.1677 . PMID 10031890 . 
  12. ^ Ackerman, C .; Бертман, Б .; Fairbank, H .; Гайер, Р. (1966). «Второй звук в твердом гелии». Письма с физическим обзором . 16 (18): 789–791. Bibcode : 1966PhRvL..16..789A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.16.789 .
  13. ^ Ackerman, C .; Овертон, В. (1969). «Второй звук в твердом гелии-3». Письма с физическим обзором . 22 (15): 764–766. Bibcode : 1969PhRvL..22..764A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.22.764 .
  14. ^ Narayanamurti, V .; Дайнс, Р. (1972). «Наблюдение второго звука в висмуте». Письма с физическим обзором . 28 (22): 1461–1465. Bibcode : 1972PhRvL..28.1461N . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.28.1461 .
  15. ^ Джексон, H .; Уокер, С .; МакНелли, Т. (1970). «Второй звук в NaF». Письма с физическим обзором . 25 (1): 26–28. Bibcode : 1970PhRvL..25 ... 26J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.25.26 .
  16. ^ Huberman, S .; Дункан, РА (2019). «Наблюдение второго звука в графите при температуре выше 100 К». Наука . 364 (6438): 375–379. arXiv : 1901.09160 . Bibcode : 2019Sci ... 364..375H . DOI : 10.1126 / science.aav3548 . PMID 30872535 . S2CID 78091609 .  
  17. Перейти ↑ Pitre, L. (2003). «Сравнение термометра второго звука и термометра кривой плавления от 0,8 К до 20 мК». Материалы конференции AIP . 684 . С. 101–106. DOI : 10.1063 / 1.1627108 .
  18. ^ Шерлок, РА (1970). "Колеблющиеся сверхтоковые преобразователи второго звука". Обзор научных инструментов . 41 (11): 1603–1609. Bibcode : 1970RScI ... 41.1603S . DOI : 10.1063 / 1.1684354 .
  19. ^ Hesla, Лия (21 апреля 2011). «Звук ускорительных резонаторов» . Лента новостей ILC . Проверено 26 октября 2012 года .
  20. ^ Quadt, A .; Schröder, B .; Uhrmacher, M .; Weingarten, J .; Willenberg, B .; Веннекате, Х. (2012). «Реакция колеблющегося преобразователя сверхтока на точечный источник тепла». Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 15 (3): 031001. arXiv : 1111.5520 . Bibcode : 2012PhRvS..15c1001Q . DOI : 10.1103 / PhysRevSTAB.15.031001 .

Библиография [ править ]

  • Синьян Шен. Второй поверхностный звук в сверхтекучем гелии. Кандидатская диссертация (1973). http://adsabs.harvard.edu/abs/1973PhDT.......142S
  • Пешков В. "Второй звук" в гелии-2 // Журн. Физ. (Москва) 8, 381 (1944)
  • Пирам У. "Численное исследование второго звука в жидком гелии", дипл. Инж. Диссертация (1991). Проверено 15 апреля 2007 г.