1.02M
Категория: ФизикаФизика

Элементы гидродинамики и теплопереноса в гелии

1.

2.

Соотношение неопределенностей Гейзенберга:
p x
(1)
Неопределенность (флуктуации) энергии атома:
p
E
2m
2
2
2m x
2
(2)

3.

40
Твердый He
Верхняя -точка
(T=1,76K; 29,8атм)
P, атм
30
Жидкий He I
Кривая -перехода
20
10
Жидкий He II
Критическая точка
(T=5,20K; 2,264атм)
-точка
(T=2,177K; 0,0497атм)
0
0.0
Газообразный He
1.0
2.0
3.0
T, K
4.0
5.0
6.0
P
Т

4.

Б
P
HeII
HeI
HeII
А
Т
10-6

5.

теплоемкость C, Дж/кг К
15000
10000
5000
0
0
1
2
температура, К
3
4

6.

0,5
0,0
80
0,6
0,9
1,2
1,5
-0,5
-1,0
60
-1,5
b 10
3
40
20
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
T
-20
3,0

7.

теплоемкость, Дж/(кг К)
30000
27000
В невесомости
24000
21000
На Земле
18000
-1000
-500
0
T - T , нK
500
1000

8.

средняя скорость, см/с
14
-5
1,2·10 см
12
10
-5
7,9·10 см
8
6
-4
3,9·10 см
4
2
0
4
8
12
перепад давления, H/м
2
16

9.

Подвод тепла
Вата
Наждачный
порошок

10.

B
A
h
T + T
T
p = gh
d

11.

p
d = 10-7 –10-6м
T + T
T
TA
H
B
A
TB
S

12.

откачка паров
жидкий гелий
стопка лепестков

13.

1,0
s/
0,8
0,6
- точка
0,4
0,2
0,0
0,0
n/
0,5
1,0
1,5
Темперaтура, K
2,0
2,5

14.

20
/kb, K
15
10
ротоны
5
фононы
0
0
1
2
p/ћ, Å
-1
3

15.

n s
div j 0
t
ji ik
0
t xk
(4)
Vs
Vs2
grad
0
t
2
(6)
(5)
S
div F 0
t
e*
div E 0
t
(8)
Требуется найти j, ik , , E,F
(7)

16.

В покоящейся системе координат j V;
в движущейся системе координат j0 V Vs .
j j0 Vs
(9)
2
V Vs
Vs
V
Vs2
e* e e
e*0 Vs V
VVs
2
2
2
2
Vs 2
Vs 2
e*0 Vs V Vs
e*0 j0Vs
(10)
2
2
2
d e*0 d Td S Vn Vs dj0

17.

j0 n Vn Vs
j nVn sVs
(12)
ik ik p nVniVnk sVsiVsk
(14)
F = SVn
(15)
q =T F
q = STVn
(16)
(13)

18.

q 0
x
Vny
He II
0
y 0
Vsy
0
y 0
Vnx y 0 0
y
Vny
q 0
(17a )
y 0
(17b)
Vsy
y 0
qy
ST
n q y
s ST

19.

j
0 (18)
t x
j p
0 (19)
t x
S
Vn
S
0 (20)
t
x
Vs
0 (21)
t
x
Дифференцируя (18) по t и (19) по x,
2
2 j
2 j
2 p
получаем 2
и
2
t
t x
x t
x
2 2 p
2 (22)
2
t
x

20.

Из (20) S
S
V
S n 0 (23)
t
t
x
Из (18) и (23)
V
V
n n s s (24)
t
x
x
Vn Vs
S
(25)
x
s S t
1 p
T
S
(26)
x x
x
Из (19) и (27)
Из 21 и 26
Vs
1 p
T
S
(27)
t
x
x
V
V
p
n n s s (28)
x
t
t
Vn Vs
S T
(29)
t
n x
2 Vn Vs
2S
Из (25)
(30)
x t
s S t 2
2 Vn Vs
S 2T
Из (29)
(31)
2
x t
n x
2 S s S 2 2T
(32)
t 2
n x 2

21.

p T
t p T t T p t
2 2 p 2T
(33)
t 2 p T t 2 T p t 2
2 2 p 2T
2
2
2
x
p
x
T
p x
T
2 S S 2 p S 2T
(34)
t 2 p T t 2 T p t 2
2 S S 2 p S 2T
2
2
2
x
p
x
T
p x
T
S 2 p S 2T s S 2 2T
(32a )
2
2
2
n x
T p t
p T t
2
2
2
T
p
p
(22a )
T p t 2 p t 2 x 2
T

22.

x
x
p p0 pˆ Re exp i t T T0 Tˆ Re exp i t
a
a
2 p
1 1
x
2
ˆ
p exp i t i (35)
x 2
a a
a
2
ˆ
x
2
ˆ
p
T
exp
i
t
i
(36)
2
t
T p
a
p T
2
2
ˆ pˆ
ˆ
ˆ
ˆ
p
T
или
p
a
1
a
T 0
p
2
a
T p
T p
T
p T
2 S
S
S 2 s ˆ
S ˆ s S 2 ˆ
2 S
p pˆ T T a 2 T или pˆ a p a T T 0
p
p
T
T
n
n
2 S S 2 s 2
4 S
определитель a
a 1 a
0
T
p
T
p
p p T
T
n

23.

2
2 S S 2 s
0
a 1 a
n
p T T p
p
a1 (37)
T
c p p
p
S cv T
p
c p cv T
T
T
V
p
p
a1 (37a )
S
a2 S
s
n S T p
(38)
cp
S
T p T
c p cv c
a2 S
sT
(38a )
nc

24.

Скорость a1 , м/с
240
220
200
180
1
2
3
Температура, K
4

25.

160
140
a2, м/сек
120
100
80
60
40
20
0
0.0
0.4
0.8
1.2
T, K
1.6
2.0
2.4

26.

Испарение
Конденсация
Конденсация
S
T – T
S
T + T
S
T – T
S

27.

28.

R
1 0,86
1 0,86
(1 A)
(1 A)
a a
A
0,86 r p
a2Ca T нас
r
p
T нас T0

29.

эксперимент H.Wiechert и F.I.Buchholz
R
0.20
0.15
0.10
1.4
1.6
1.8
T, K
2.0
2.2

30.

S
t
div SVn 0 (51)
S
0
t
divVn 0 (52)
n = const s = const
j nVn sVs
divVs 0 (53)
lk lk p nVnlVnk sVslVsk
nVnl sVsl p nVnlVnk sVslVsk
0 (54)
t
t
xl
xk
xk
DVn
DVs
n
s
p 0 (55)
dt
dt
Vs
Vs2
0 (56)
t
2
Vs2
Vs Vs rotVs Vs
2
Vs
Vs Vs 0 (57)
t
p
rotVs 0
S T

31.

s
DVs
s p s S T (58)
dt
DVn
n
n
p s S T (59)
dt
DVs
s
s
p s S T Fвз.тр (58а )
dt
DVn n p S T V F
n
s
n
вз.тр (59б )
dt

32.

s
p s S T 0 (60)
n p S T V 0 (61)
s
n
p Vn (62)
При ламинарном нормальном движении
Vn
p1 p2 R 2
8 l
p S T
2
S T1 T2 R 2
T
T
R
( S )2 TR 2
2
1
2
q STVn ST
( S ) T
T (63)
8 l
8 l
8
C
8
S
2
TR 2

33.

dVs
D
n
dVs n
d D
h
m
Vscr
n 1
h 4D
K (66)
ln
Dm a0
Vscr
1
1 4 (67)
D
Vscr
h
m
h
(65)
Dm

34.

103
Эксперимент
Теория Фейнмана
V, см/с
102
101
100
10-1
10-2
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
d, см
10-3
10-2
10-1
100

35.

n s
Vn Vs
2
2
2
L n Vn Vs
Fвз.тр f L
3000
Параметр Гортера-Меллинка A, м с/кг
f
2500
2000
1500
1000
500
0
1,2
1,4
1,6
1,8
T, K
Fвз.тр A n s Vn Vs
3
(68)
2,0
2,2

36.

s
3
p
S
T
A
V
V
0 (69)
s
n s
n
s
n p S T V A V V 3 0 (70)
s
n
n s
n
s
A V Vs
T n n
S
3
A n 3Vn3
T
S s3
T
A n 3
3
q
f
T
q
(71)
3 4 3
s S T
T Cq f T q3 (71a )

37.

5
Функция Гортера-Меллинка f, м К/Вт
3
10-9
10-10
10-11
10-12
10-13
10-14
1,2
1,4
1,6
1,8
T, K
2,0
2,2

38.

q
qp
А
С
qr
Д
T

39.

x
Tb
h
He II
Ti
q
T’’
Паровая пленка
Нагреватель

40.

qR 2, 27 p pнас Ti 2 RTi (72)
q
q~R R
pнас Ti
2 RTi
1
p
RTi
qR 8
1 p
(72a)
p T
2
нас i
dT
f (T ) q 3 (73)
dr

41.

qi ri q r (74)
q
qR rw
(74a)
r
dT
qR3 rw3
f (T )
(73a)
3
dr
r
T
Ti
Tb
Ti
Ti
dT
dr
3
3
q R rw
3
f T
r
rw
Ti Tb
dT
dT
~
f T
f T
f T
T
b
Ti Tb
~
f T
Ti
dT
f T
T
b

42.

Ti Tb q R 3 rw3
q R 3 rw3
q R 3 rw
~
r
2
2
w
2
f T
2r
2rw
qR3 rw
Ti Tb f T
2
(73б )
p pb gh (75)
T dT
gh
dp
нас.

43.

q
q m-f
qR
q m-k
T
gh
Tb
P s
Tb
Ti
Tм.ф.
English     Русский Правила