Лямбда-точка

График зависимости удельной теплоемкости от температуры.

Лямбда -точка — это температура , при которой обычный жидкий гелий (гелий I) переходит в сверхтекучий гелий II (приблизительно 2,17 К при 1 атмосфере ). Самое низкое давление, при котором He-I и He-II могут сосуществовать, - это тройная точка пар-He-I-He-II при 2,1768 К (-270,9732 ° C) и 5,0418 кПа (0,049759 атм), которая представляет собой «насыщенный пар» . давление » при этой температуре (чистый газообразный гелий, находящийся в тепловом равновесии над поверхностью жидкости, в герметичном контейнере). ^[1] Самое высокое давление, при котором He-I и He-II могут сосуществовать, - это тройная точка ОЦК -He-I-He-II с твердым гелием при 1,762 К (-271,388 ° C), 29,725 атм (3011,9 кПа). . ^[2]

Название точки происходит от графика (на фото), полученного в результате построения удельной теплоемкости в зависимости от температуры (для данного давления в указанном выше диапазоне, в показанном примере при 1 атмосфере), который напоминает греческую букву лямбда . Удельная теплоемкость имеет резкий пик при приближении температуры к лямбда-точке. Вершина пика настолько острая, что критический показатель, характеризующий дивергенцию теплоемкости, можно точно измерить только в условиях невесомости, чтобы обеспечить равномерную плотность в значительном объеме жидкости. Следовательно, теплоемкость была измерена с точностью до 2 нК ниже перехода в эксперименте, проведенном на полезной нагрузке космического корабля "Шаттл" в 1992 году. ^[3] ${\displaystyle \lambda }$

Нерешенная задача по физике :

Объясните расхождение между экспериментальными и теоретическими определениями критического показателя теплоемкости α сверхтекучего перехода в гелии-4. ^[4]

(еще нерешенные задачи по физике)

Хотя теплоемкость и имеет пик, она не стремится к бесконечности (вопреки тому, что можно предположить из графика), а имеет конечные предельные значения при подходе к переходу сверху и снизу. ^[3] Поведение теплоемкости вблизи пика описывается формулой где – приведенная температура, – температура лямбда-точки, – константы (различные выше и ниже температуры перехода), α – критический показатель степени : . ^{[3] [5]} Поскольку этот показатель является отрицательным для сверхтекучего перехода, удельная теплоемкость остается конечной. ^[6] ${\displaystyle C\approx A_{\pm }t^{-\alpha }+B_{\pm }}$ ${\displaystyle t=|1-T/T_{c}|}$ ${\displaystyle T_{c}}$ ${\displaystyle A_{\pm },B_{\pm }}$ ${\displaystyle \alpha =-0.0127(3)}$

Указанное экспериментальное значение α находится в существенном противоречии ^{[7] [4]} с наиболее точными теоретическими определениями ^{[8] [9] [10]} , полученными с помощью методов высокотемпературного расширения, методов Монте-Карло и конформного бутстрапа .

Смотрите также

• Лямбда точка холодильника

Рекомендации

1. Доннелли, Рассел Дж.; Баренги, Карло Ф. (1998). «Наблюдаемые свойства жидкого гелия при давлении насыщенного пара». Журнал физических и химических справочных данных . 27 (6): 1217–1274. Бибкод : 1998JPCRD..27.1217D. дои : 10.1063/1.556028.
2. Хоффер, Дж. К.; Гарднер, WR; Уотерфилд, КГ; Филлипс, штат Невада (апрель 1976 г.). «Термодинамические свойства ⁴ He. II. Фаза ОЦК и фазовые диаграммы PT и VT ниже 2 К». Журнал физики низких температур . 23 (1): 63–102. Бибкод : 1976JLTP...23...63H. дои : 10.1007/BF00117245. S2CID  120473493.
3. Липа, JA; Суонсон, ДР; Ниссен, Дж.А.; Чуй, ПТС; Исраэльссон, УЭ (1996). «Теплоемкость и тепловая релаксация объемного гелия в непосредственной близости от лямбда-точки». Письма о физических отзывах . 76 (6): 944–7. Бибкод : 1996PhRvL..76..944L. doi :10.1103/PhysRevLett.76.944. hdl : 2060/19950007794 . PMID  10061591. S2CID  29876364.
4. Рычков, Слава (31 января 2020 г.). «Конформный бутстреп и экспериментальная аномалия теплоемкости в λ-точке». Журнал клуба физики конденсированного состояния . doi : 10.36471/JCCM_January_2020_02 .
5. Липа, JA; Ниссен, Дж.А.; Стрикер, Д.А.; Суонсон, ДР; Чуй, ПТС (14 ноября 2003 г.). «Удельная теплоемкость жидкого гелия в невесомости очень близко к лямбда-точке». Физический обзор B . 68 (17): 174518. arXiv : cond-mat/0310163 . Бибкод : 2003PhRvB..68q4518L. doi : 10.1103/PhysRevB.68.174518. S2CID  55646571.
6. Для других фазовых переходов может быть отрицательное значение (например, для критической точки жидкость-пар , которая имеет критические показатели Изинга ). Для этих фазовых переходов удельная теплоемкость стремится к бесконечности. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha \approx +0.1}$
7. Викари, Этторе (21 марта 2008 г.). «Критические явления и поток ренормгруппы многопараметрических теорий Phi4». Материалы XXV Международного симпозиума по теории решетчатого поля — PoS (LATTICE 2007) . Регенсбург, Германия: Sissa Medialab. 42 :023. дои : 10.22323/1.042.0023 .
8. Кампострини, Массимо; Хазенбуш, Мартин; Пелиссетто, Андреа; Викари, Этторе (6 октября 2006 г.). "Теоретические оценки критических показателей сверхтекучего перехода в $^{4}\mathrm{He}$ решеточными методами". Физический обзор B . 74 (14): 144506. arXiv : cond-mat/0605083 . doi : 10.1103/PhysRevB.74.144506. S2CID  118924734.
9. Хазенбуш, Мартин (26 декабря 2019 г.). «Исследование Монте-Карло улучшенной модели часов в трех измерениях». Физический обзор B . 100 (22): 224517. arXiv : 1910.05916 . Бибкод : 2019PhRvB.100v4517H. doi : 10.1103/PhysRevB.100.224517. ISSN  2469-9950. S2CID  204509042.
10. Честер, Шай М.; Лэндри, Уолтер; Лю, Цзюнь Юй; Польша, Дэвид; Симмонс-Даффин, Дэвид; Су, Нин; Вичи, Алессандро (2020). «Выделение пространства OPE и точные критические показатели модели O (2)». Журнал физики высоких энергий . 2020 (6): 142. arXiv : 1912.03324 . Бибкод : 2020JHEP...06..142C. doi : 10.1007/JHEP06(2020)142. S2CID  208910721.

Внешние ссылки

• Что такое сверхтекучесть?