Второй звук

Квантово-механическое явление, при котором передача тепла происходит волнообразным движением

Второй звук - это квант механическое явление, при котором передача тепла происходит посредством волнового -подобного движения, а не посредством 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 частиц тепловых возбуждений (ротонов и фононов ). Второй звук можно наблюдать в любой системе, в которой большинство фонон-фононных столкновений сохраняют импульс. Это происходит в сверхтекучих жидкостях, а также в некоторых диэлектрических кристаллах, когда рассеяние переброса мало. (Umklapp фонон-фононное рассеяние обменивается импульсом с кристаллической решеткой, поэтому импульс фонона не сохраняется.)

• 1 Второй звук в гелии II
• 2 Второй звук в других средах
• 3 Приложения
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Библиография

Второй звук наблюдается в жидком гелии при температурах ниже лямбда-точки., 2,1768 K, где Он становится сверхтекучим, известным как гелий II. Гелий II имеет самую высокую теплопроводность из всех известных материалов (в несколько сотен раз выше, чем медь ). Второй звук можно наблюдать либо в виде импульсов, либо в резонансной полости.

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

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

Второй звук наблюдался в твердых He и He, а также в некоторых диэлектрических твердых телах, таких как Bi, в диапазоне температур от 1,2 до 4,0 K со скоростью 780 ± 50 м / с, или NaF от 10 до 20 К.

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. Однако этот второй звук наблюдается только на микромасштабе, потому что волна затухает экспоненциально с характерной длиной 1-10 мкм. Следовательно, предположительно графит в правильном температурном режиме имеет чрезвычайно высокую теплопроводность, но только для целей 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.)

Измерение скорости второго звука в смесях He-He можно использовать как термометр в диапазоне 0,01-0,7 К.

Осциллирующие датчики сверхтока (OST) используют второй звук для обнаружения дефектов в полостях сверхпроводящего ускорителя.

• Третий звук

1. ^Смит, Хенрик; Дженсен, Х. Хойгаард (1989). «Раздел 4.3: Второй звук». Явления переноса. Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-851985-0.
2. ^Шринивасан, Р. (март 1999 г.). «Второй звук: волны энтропии и температуры» (PDF). Резонанс. 3 : 16–24.
3. ^Шринивасан, Р. (июнь 1999 г.). «Второй звук: роль упругих волн» (PDF). Резонанс. 4 : 15–19. doi : 10.1007 / bf02834631.
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, Филипп (17 июля 1997 г.). Сверхтекучий гелий как технический теплоноситель (PDF) (LHC-Project-Report-125). ЦЕРН. п. 4.
7. ^Ван Дер Буг, А. Г. М.; Husson, L.P.J.; Дисатник Ю.А. Крамерс, Х. К. (1981). «Экспериментальные результаты по скорости второго звука и вязкости в разбавленных смесях 3He-4He». Физика В + С. 104 (3): 303–315. Bibcode : 1981PhyBC.104..303V. doi : 10.1016 / 0378-4363 (81) 90176-5.
8. ^Wang, R.T.; Wagner, W. T.; 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.
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. ^De Klerk, D.; Hudson, R.; Пеллэм, Дж. (1954). «Распространение второго звука ниже 1 ° K». Физический обзор. 93 : 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. ^Jackson, H.; Уокер, С.; МакНелли, Т. (1970). «Второй звук в NaF». Письма с физическим обзором. 25 : 26–28. Bibcode : 1970PhRvL..25... 26J. doi : 10.1103 / PhysRevLett.25.26.
16. ^Huberman, S.; Дункан, Р.А. (2019). «Наблюдение второго звука в графите при температуре выше 100 К». Наука. arXiv : 1901.09160. doi : 10.1126 / science.aav3548.
17. ^Питре, Л. (2003). «Сравнение между термометром второго звука и термометром кривой плавления от 0,8 К до 20 мК». Материалы конференции AIP. 684 . С. 101–101. doi : 10.1063 / 1.1627108.
18. ^Шерлок, Р. А. (1970). "Осциллирующие преобразователи второго звука Superleak". Обзор научных инструментов. 41 (11): 1603–1609. Bibcode : 1970RScI... 41.1603S. doi : 10.1063 / 1.1684354.
19. ^Хесла, Лия (21 апреля 2011 г.). "Звук ускорительных полостей". Лента новостей ILC. Проверено 26 октября 2012 г.
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). arXiv : 1111.5520. Bibcode : 2012PhRvS..15c1001Q. doi : 10.1103 / PhysRevSTAB.15.031001.

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