О возможной поверхностной природе электрической активности в He II
Предложена простая феноменологическая модель, позволяющая качественно объяснить генерацию электрических полей в He II вторым звуком и колебаниями стенки конденсатора. Модель основана на предположении о существовании на смачиваемых гелием поверхностях связанного состояния атомов He c образованием дип...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика низких температур |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117404 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II / Е.Д. Гутлянский // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 10. — С. 956-961. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859632160149864448 |
|---|---|
| author | Гутлянский, Е.Д. |
| author_facet | Гутлянский, Е.Д. |
| citation_txt | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II / Е.Д. Гутлянский // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 10. — С. 956-961. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Предложена простая феноменологическая модель, позволяющая качественно объяснить генерацию электрических полей в He II вторым звуком и колебаниями стенки конденсатора. Модель основана на предположении о существовании на смачиваемых гелием поверхностях связанного состояния атомов He c образованием дипольного момента (дипольного слоя). Кроме того, предполагается, что при переходе гелия в объеме в сверхтекучее состояние изменяется характер смачивания, и это изменение есть переход второго рода, связанный с началом дополнительной конденсации атомов из объема в дипольный слой и переходом его в сверхтекучее состояние. Для описания этого перехода используется теория Ландау с параметром порядка ψ=√n̅s̅ exp iφ. Из теории следует, что величина отношения колебания разности потенциалов к разности температур на обкладках конденсатора, генерируемых волной второго звука, от температуры не зависит. А разность потенциалов, генерируемая колебаниями стенки торсионного генератора, пропорциональна квадрату ее скорости.
Запропоновано просту феноменологічну модель, що дозволяє якісно пояснити генерацію електричних полів в He II другим звуком і коливаннями стінки конденсатора. Модель засновано на припущенні про існування на поверхнях, які змочуються гелієм, зв’язаного стану атомів He з утворенням
дипольного моменту (дипольного шару). Крім того, передбачається, що при переході гелію в об’ємі у
надплинний стан змінюється характер змочування, і ця зміна є перехід другого роду, який пов’язаний
з початком додаткової конденсації атомів з об’єму в дипольний шар та переходом його у надплинний
стан. Для опису цього переходу використовується теорія Ландау з параметром порядку ψ=√n̅s̅ exp iφ.
З теорії витікає, що величина відношення коливання різниці потенціалів до різниці температур на обкладках конденсатора, які генерируються хвилею другого звуку, від температури не залежить. А
різниця потенціалів, яка генерирується коливаннями стінки торсіонного генератора, пропорційна
квадрату її швидкості.
A simple phenomenological model is suggested
to explain the generation of electric fields in
HeII by the second sound and the oscillations of
a wall of the condenser. The model is based on
the assumption that on wetting by helium surfaces
exists a surface bound state of helium atoms and in
this state the atoms have dipole moment (There is a
dipole layer on the surface.) It is supposed that at
transition of helium in volume in a superfluid state
the character of wetting is changed. This change
is the phase transition of the second tipe connected
with the beginning additional condensation of
atoms from volume in the dipole layer and transition
it in the superfluid state. For the description of
this phase transition Landau theory with the order
parameter of ψ=√n̅s̅ exp iφ is used. From the theory
follows that the value of the ratio of the potential
drop oscillation to the difference temperature
oscillation of the condenser plates generated by second
sound wave from temperature does not depend.
And the potential drop generated by the torsion
generator wall is proportional to a square of its
speed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:11:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10, ñ. 956–961
Ïî ìíåíèþ ÷ëåíîâ ðåäêîëëåãèè, ðÿä ïðåäïîëîæåíèé, ñäåëàííûõ àâòîðîì ïðè ïîëó÷åíèè ðåçóëüòàòîâ íàñòîÿ-
ùåé ðàáîòû, íå ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî îáîñíîâàííûì.  òî æå âðåìÿ, ïîñêîëüêó îáñóæäàåìûå â ñòàòüå âîïðîñû
ÿâëÿþòñÿ àêòóàëüíûìè äëÿ âîçìîæíîãî îáúÿñíåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ À.Ñ. Ðûáàëêî, à ñîäåðæàùèéñÿ â ðàáîòå âû-
âîä îá îïðåäåëÿþùåé ðîëè ïîâåðõíîñòíûõ ýôôåêòîâ â ýòèõ ýêñïåðèìåíòàõ ïðåäñòàâëÿåòñÿ âàæíûì, ðåäêîëëå-
ãèÿ ñî÷ëà öåëåñîîáðàçíîé ïóáëèêàöèþ ñòàòüè.
Î âîçìîæíîé ïîâåðõíîñòíîé ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñêîé
àêòèâíîñòè â He II
Å.Ä. Ãóòëÿíñêèé
ÍÈÈ ôèçèêè Þæíîãî ôåäåðàëüíîãî ãîñóíèâåðñèòåòà, ïð. Ñòà÷êè, 194, ã. Ðîñòîâ-íà-Äîíó, 344090, Ðîññèÿ
E-mail: gutlian@ip.rsu.ru
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 27 ìàðòà 2009 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 22 àïðåëÿ 2009 ã.
Ïðåäëîæåíà ïðîñòàÿ ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ ìîäåëü, ïîçâîëÿþùàÿ êà÷åñòâåííî îáúÿñíèòü ãåíåðà-
öèþ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé â He II âòîðûì çâóêîì è êîëåáàíèÿìè ñòåíêè êîíäåíñàòîðà. Ìîäåëü îñíîâà-
íà íà ïðåäïîëîæåíèè î ñóùåñòâîâàíèè íà ñìà÷èâàåìûõ ãåëèåì ïîâåðõíîñòÿõ ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ
àòîìîâ He c îáðàçîâàíèåì äèïîëüíîãî ìîìåíòà (äèïîëüíîãî ñëîÿ). Êðîìå òîãî, ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî
ïðè ïåðåõîäå ãåëèÿ â îáúåìå â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå èçìåíÿåòñÿ õàðàêòåð ñìà÷èâàíèÿ, è ýòî èçìåíå-
íèå åñòü ïåðåõîä âòîðîãî ðîäà, ñâÿçàííûé ñ íà÷àëîì äîïîëíèòåëüíîé êîíäåíñàöèè àòîìîâ èç îáúåìà â
äèïîëüíûé ñëîé è ïåðåõîäîì åãî â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå. Äëÿ îïèñàíèÿ ýòîãî ïåðåõîäà èñïîëüçóåò-
ñÿ òåîðèÿ Ëàíäàó ñ ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà � � n is exp �. Èç òåîðèè ñëåäóåò, ÷òî âåëè÷èíà îòíîøåíèÿ
êîëåáàíèÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ê ðàçíîñòè òåìïåðàòóð íà îáêëàäêàõ êîíäåíñàòîðà, ãåíåðèðóåìûõ
âîëíîé âòîðîãî çâóêà, îò òåìïåðàòóðû íå çàâèñèò. À ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, ãåíåðèðóåìàÿ êîëåáàíèÿ-
ìè ñòåíêè òîðñèîííîãî ãåíåðàòîðà, ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó åå ñêîðîñòè.
Çàïðîïîíîâàíî ïðîñòó ôåíîìåíîëîã³÷íó ìîäåëü, ùî äîçâîëÿº ÿê³ñíî ïîÿñíèòè ãåíåðàö³þ åëåê-
òðè÷íèõ ïîë³â â He II äðóãèì çâóêîì ³ êîëèâàííÿìè ñò³íêè êîíäåíñàòîðà. Ìîäåëü çàñíîâàíî íà ïðèïó-
ùåíí³ ïðî ³ñíóâàííÿ íà ïîâåðõíÿõ, ÿê³ çìî÷óþòüñÿ ãå볺ì, çâ’ÿçàíîãî ñòàíó àòîì³â He ç óòâîðåííÿì
äèïîëüíîãî ìîìåíòó (äèïîëüíîãî øàðó). Êð³ì òîãî, ïåðåäáà÷àºòüñÿ, ùî ïðè ïåðåõîä³ ãåë³þ â îá’ºì³ ó
íàäïëèííèé ñòàí çì³íþºòüñÿ õàðàêòåð çìî÷óâàííÿ, ³ öÿ çì³íà º ïåðåõ³ä äðóãîãî ðîäó, ÿêèé ïîâ’ÿçàíèé
ç ïî÷àòêîì äîäàòêîâî¿ êîíäåíñàö³¿ àòîì³â ç îá’ºìó â äèïîëüíèé øàð òà ïåðåõîäîì éîãî ó íàäïëèííèé
ñòàí. Äëÿ îïèñó öüîãî ïåðåõîäó âèêîðèñòîâóºòüñÿ òåîð³ÿ Ëàíäàó ç ïàðàìåòðîì ïîðÿäêó � � n is exp �.
Ç òåî𳿠âèò³êàº, ùî âåëè÷èíà â³äíîøåííÿ êîëèâàííÿ ð³çíèö³ ïîòåíö³àë³â äî ð³çíèö³ òåìïåðàòóð íà îá-
êëàäêàõ êîíäåíñàòîðà, ÿê³ ãåíåðèðóþòüñÿ õâèëåþ äðóãîãî çâóêó, â³ä òåìïåðàòóðè íå çàëåæèòü. À
ð³çíèöÿ ïîòåíö³àë³â, ÿêà ãåíåðèðóºòüñÿ êîëèâàííÿìè ñò³íêè òîðñ³îííîãî ãåíåðàòîðà, ïðîïîðö³éíà
êâàäðàòó ¿¿ øâèäêîñò³.
PACS: 67.10.Jn– Òðàíñïîðòíûå ñâîéñòâà è ãèäðîäèíàìèêà;
67.25.D– Ñâåðõòåêó÷àÿ ôàçà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ñâåðõòåêó÷èé ãåëèé, âòîðîé çâóê, ïîâåðõíîñòíûå ñâÿçàííûå ñîñòîÿíèÿ, ñìà÷èâàíèå,
êîíäåíñàöèÿ, ôàçîâûé ïåðåõîä, ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå.
 2004 ãîäó â ðàáîòå Ðûáàëêî [1] áûë îòêðûò íå-
îæèäàííûé ýôôåêò: îêàçàëîñü, ÷òî ñòîÿ÷àÿ ïîëóâîë-
íà âîëíû âòîðîãî çâóêà èíäóöèðóåò â He II ðàçíîñòü
ïîòåíöèàëîâ. Â ðàáîòå [2] áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ýëåê-
òðè÷åñêèå ïîòåíöèàëû â ñâåðõòåêó÷åì ãåëèè èí-
äóöèðóþòñÿ òàêæå è ìåõàíè÷åñêèìè êîëåáàíèÿìè.
Âàæíîñòü ýòèõ ýôôåêòîâ ñâÿçàíà ñ òåì, ÷òî îíè,
íà ïåðâûé âçãëÿä, íàíîñÿò «ñîêðóøèòåëüíûé óäàð»
ïî íàøèì ïðåäñòàâëåíèÿì î He êàê î ñîâîêóïíîñòè
ñôåðè÷åñêè-ñèììåòðè÷íûõ îáúåêòîâ ñ î÷åíü íèçêîé
ïîëÿðèçóåìîñòüþ � � � �2 31 10 41, Êë·ì
2
/Â [3]. È ýòî
ïðåäñòàâëåíèå âîçíèêàåò íà îñíîâå âûâîäà àâòîðîâ
[1,2], ÷òî ïîëÿðèçàöèÿ ãåëèÿ, ïðèâîäÿùàÿ ê íàáëþ-
äàåìûì ýôôåêòàì, ïðîèñõîäèò â åãî îáúåìå. Â ýòèõ
ðàáîòàõ ïðè÷èíó ïîëÿðèçàöèè àâòîðû ñâÿçûâàëè ñ îò-
íîñèòåëüíûì äâèæåíèåì ñâåðõòåêó÷åé è íîðìàëüíîé
êîìïîíåíò ãåëèÿ.
© Å.Ä. Ãóòëÿíñêèé, 2009
Öåëüþ ýòîãî ïèñüìà ÿâëÿåòñÿ ïîêàçàòü, ÷òî íàáëþ-
äàåìûå Ðûáàëêî ýôôåêòû [1,2] ìîãóò áûòü îáúÿñíåíû
èñõîäÿ èç ïðåäñòàâëåíèÿ î òîì, ÷òî ÷àñòü àòîìîâ ãåëèÿ
êîíäåíñèðóåòñÿ â ñóùåñòâóþùóþ íà ïîâåðõíîñòè ìå-
òàëëîâ è äèýëåêòðèêîâ àäñîðáöèîííóþ ïîòåíöèàëü-
íóþ ÿìó (åñòåñòâåííî, èìåþòñÿ â âèäó ìàòåðèàëû,
ñìà÷èâàåìûå ãåëèåì), è â ðåçóëüòàòå ïîïàäàíèÿ â ýòó
ÿìó îíè ïðèîáðåòàþò äèïîëüíûé ìîìåíò. È, ñëåäîâà-
òåëüíî, íà ïîâåðõíîñòè êîíäåíñàòîðîâ, èñïîëüçîâàâ-
øèõñÿ â ðàáîòàõ [1,2], âîçíèêàåò ñëîé àòîìîâ ãåëèÿ ñ
îðèåíòèðîâàííûìè äèïîëüíûìè ìîìåíòàìè. Ýòîò
«ïîëÿðèçîâàííûé» ñëîé äîëæåí äàâàòü íàáëþäàåìóþ
ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ. Îäíàêî â ðàâíîâåñíîì ñîñòîÿ-
íèè ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæäó ïëàñòèíàìè êîíäåí-
ñàòîðà íå íàáëþäàåìà, ïîñêîëüêó áóäåò çàýêðàíèðîâà-
íà ñâîáîäíûìè èîíàìè, êîòîðûå âñåãäà ïðèñóòñòâóþò
âî âñåõ æèäêîñòÿõ. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ èìååò ìåñòî äëÿ
âñåõ ìàòåðèàëîâ ñî ñïîíòàííîé ïîëÿðèçàöèåé, íàïðè-
ìåð ïüåçîýëåêòðèêîâ è ñåãíåòîýëåêòðèêîâ (ñì., íàïðè-
ìåð, [4]). Åñëè æå ýêñïåðèìåíòàòîð êàêèìè-ëèáî ôè-
çè÷åñêèìè âîçäåéñòâèÿìè (â ýêñïåðèìåíòàõ Ðûáàëêî
èñïîëüçîâàëèñü òåïëîâûå è ìåõàíè÷åñêèå âîçäåéñò-
âèÿ) èçìåíÿåò ïëîòíîñòü àòîìîâ ãåëèÿ â àäñîðáöèîí-
íîé ÿìå è, ñëåäîâàòåëüíî, ïîëÿðèçàöèþ ñëîÿ, òî áóäåò
íàáëþäàòüñÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, ïðîïîðöèîíàëü-
íàÿ èçìåíåíèþ ïëîòíîñòè ïîëÿðèçîâàííîãî ñëîÿ. Ìû
ïîëàãàåì, ÷òî èìåííî òàêàÿ ñèòóàöèÿ èìåëà ìåñòî â
ðàáîòàõ [1,2].
Ðàññìîòðèì òåïåðü áîëåå ïîäðîáíî ýêñïåðèìåíòû,
èçëîæåííûå â ðàáîòàõ [1,2]. Â [1] àâòîð âîçáóæäàë
ñòîÿ÷óþ ïîëóâîëíó âòîðîãî çâóêà â êîíäåíñàòîðå è íà-
áëþäàë êîëåáàíèÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ �U, ïðè÷åì
� �T U/ ,� �2 3 104 Ê/Â, çäåñü �T — ðàçíîñòü òåìïåðà-
òóð íà ïëàñòèíàõ êîíäåíñàòîðà, ãåíåðèðóåìàÿ âòîðûì
çâóêîì. È, ÷òî ñóùåñòâåííî, ýòà âåëè÷èíà, êàê îêàçà-
ëîñü, íå çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Àâòîð ïðåäïîëîæèë,
÷òî íàáëþäàåìûé ýôôåêò îáÿçàí ñâîèì ïðîèñõîæäå-
íèåì îáúåìíîé ïîëÿðèçàöèè He II, è ÷òî åå âîçíèêíî-
âåíèå ñâÿçàíî ñ îòíîñèòåëüíûì äâèæåíèåì íîðìàëü-
íîé è ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò, êîòîðîå ïðîèñõîäèò
ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè âòîðîãî çâóêà. Ýòî óòâåðæäå-
íèå, êàçàëîñü áû, ïîäêðåïëÿëîñü è òåì ôàêòîì, ÷òî
ïåðâûé çâóê, âîçáóæäàåìûé â òàêîì æå êîíäåíñàòîðå,
íå ïðèâîäèë ê âîçíèêíîâåíèþ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ
íà îáêëàäêàõ êîíäåíñàòîðà. Åñëè ýòî òàê, òî àíàëîãè÷-
íûé ýôôåêò äîëæåí íàáëþäàòüñÿ è ïðè äðóãèõ ñïîñî-
áàõ ñîçäàíèÿ îòíîñèòåëüíîãî äâèæåíèÿ ýòèõ êîìïî-
íåíò. Äëÿ òîãî ÷òîáû óáåäèòüñÿ, ÷òî ýôôåêò ñâÿçàí
òîëüêî ñ îòíîñèòåëüíûìè äâèæåíèÿìè íîðìàëüíîé è
ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíò, à íå ñ êîëåáàíèÿìè òåìïåðà-
òóðû, â [2] áûë ïðîâåäåí ñëåäóþùèé ýêñïåðèìåíò: ìå-
òàëëè÷åñêèé öèëèíäðè÷åñêèé ñîñóä ñ He II ñîâåðøàë
êðóòèëüíûå êîëåáàíèÿ âîêðóã ñâîåé îñè, íà îñè âðà-
ùåíèÿ ñîñóäà íàõîäèëñÿ òîíêèé ìåòàëëè÷åñêèé ýëåê-
òðîä. Îêàçàëîñü, ÷òî, â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðåäïîëîæåíè-
åì àâòîðîâ, ïðè âðàùàòåëüíûõ êîëåáàíèÿõ ñîñóäà
íàáëþäàåòñÿ ïåðåìåííàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ ìåæ-
äó ñòåíêàìè ñîñóäà è îñåâûì ýëåêòðîäîì, ïðè÷åì ÷àñ-
òîòà êîëåáàíèé áûëà âäâîå âûøå, ÷åì ÷àñòîòà êîëåáà-
íèé ñòåíêè, è ýôôåêò îêàçàëñÿ ïðîïîðöèîíàëåí
êâàäðàòó ñêîðîñòè ïîâåðõíîñòè öèëèíäðè÷åñêîãî ñî-
ñóäà �U V� �2 6 106 2, íÂ(ìêì/ñ)
–2
, çäåñü V — ñêîðîñòü
ïîâåðõíîñòè ñîñóäà.
 ðàáîòàõ Ðûáàëêî íåò óáåäèòåëüíûõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ óêàçàíèé íà òî, ÷òî íàáëþäàåìûå ðàçíîñòè
ïîòåíöèàëîâ ñâÿçàíû ñ îáúåìîì êîíäåíñàòîðà, ïî-
ñêîëüêó ýëåêòðè÷åñêèé ñèãíàë ñíèìàëñÿ ñ åãî ïëàñ-
òèí. Êðîìå òîãî, êàê ïðàâèëüíî îòìå÷åíî â ðàáîòå
Ëîêòåâà è Òèì÷åíêî [5], åñëè ïîëÿðèçàöèÿ ãåëèÿ íî-
ñèò îáúåìíûé õàðàêòåð, òî íàáëþäàåìàÿ ðàçíîñòü ïî-
òåíöèàëîâ äîëæíà çàâèñåòü îò ðàçìåðîâ ðåçîíàòîðà,
÷òî íå íàáëþäàëîñü íà ýêñïåðèìåíòå.
Îïèñàííûå âûøå ýêñïåðèìåíòû ïîêàçàëè, ÷òî ýô-
ôåêò èñ÷åçàåò ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû âûøå
-òî÷êè.
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ òåïëîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà â
He II áûë ïðåäïðèíÿò öåëûé ðÿä òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîò
[5–10]. Íå áóäåì çäåñü îñòàíàâëèâàòüñÿ íà ïîäðîáíîì
ðàçáîðå ýòèõ ðàáîò, ïîñêîëüêó ýòî ñäåëàíî â ðàáîòå
Ëîêòåâà è Òîì÷åíêî [5], è ìû ñîãëàñíû ñ àíàëèçîì
ýòèõ àâòîðîâ. Íàèáîëåå âàæíûì äëÿ äàëüíåéøåãî âû-
âîäîì èõ ðàáîòû áûëî óêàçàíèå íà òîò ôàêò, íà êîòî-
ðûé ðàíåå ïî íåïîíÿòíîé ïðè÷èíå íèêòî íå îáðàùàë
âíèìàíèÿ, ÷òî â ñëó÷àå, åñëè â ñèëó êàêèõ-òî ôèçè÷å-
ñêèõ ïðè÷èí âîçíèêàåò îáúåìíàÿ ïîëÿðèçàöèÿ ãåëèÿ,
òî íàáëþäàåìàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ íà êîíäåíñàòî-
ðå äîëæíà ñóùåñòâåííî çàâèñåòü îò åãî ðàçìåðîâ, ÷òî
â ðàáîòå Ðûáàëêî îáíàðóæåíî íå áûëî. È êðîìå òîãî,
âî âñåõ ïðåäøåñòâóþùèõ òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîòàõ îò-
íîøåíèå � �T U/ ñóùåñòâåííî çàâèñåëî îò òåìïåðàòó-
ðû, è íå áûëî îáúÿñíåíî, ïî÷åìó â ýêñïåðèìåíòå ñ
êðóòèëüíûìè êîëåáàíèÿìè ñòåíêè êîíäåíñàòîðà èí-
äóöèðóåìîå íàïðÿæåíèå çàâèñåëî îò êâàäðàòà ñêîðîñ-
òè ñòåíêè.
Ðàññìîòðèì òåïåðü ôèçè÷åñêèé ìåõàíèçì, êîòîðûé
ìîæåò ïîçâîëèòü ñ åäèíîé òî÷êè çðåíèÿ îáúÿñíèòü
ðàññìîòðåííûå âûøå ýêñïåðèìåíòû áîëåå ïîäðîáíî.
Ìû ïîëàãàåì, ÷òî íà ïîâåðõíîñòÿõ, ñìà÷èâàåìûõ
ãåëèåì, ñóùåñòâóåò ïîòåíöèàëüíàÿ ÿìà*, à â íåé —
ñâÿçàííîå ñîñòîÿíèå, è â ýòîì ñîñòîÿíèè àòîìû ãåëèÿ
Î âîçìîæíîé ïîâåðõíîñòíîé ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñêîé àêòèâíîñòè â He II
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10 957
*  ðàáîòå [11] áûëî ðàññìîòðåíî âçàèìîäåéñòâèå àòîìîâ ãåëèÿ ñ ìåòàëëè÷åñêèìè ïîâåðõíîñòÿìè è ïîêàçàíî ñóùåñòâîâà-
íèå ïîòåíöèàëüíîé ÿìû íà ïîâåðõíîñòè. Ýòî áûëî ñäåëàíî íà îñíîâå ó÷åòà âàíäåðâàëüñîâñêîãî ïðèòÿæåíèÿ ê ñòåíêå è
îòòàëêèâàíèÿ îò íåå â ñëó÷àå ïåðåñå÷åíèÿ ýëåêòðîííîé îáîëî÷êè ãåëèÿ è ýëåêòðîííîé æèäêîñòè ìåòàëëà. Âîçíèêíîâå-
íèå äèïîëüíîãî ìîìåíòà â ðåçóëüòàòå ýòèõ âçàèìîäåéñòâèé â ðàáîòå íå ðàññìàòðèâàëîñü.
èìåþò äèïîëüíûé ìîìåíò. Òàêèì îáðàçîì, ÿäðî àòîìà
ãåëèÿ íàõîäèòñÿ â ïîòåíöèàëüíîé ÿìå, îãðàíè÷èâàþ-
ùåé åãî äâèæåíèå â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì
àäñîðáèðóþùåé ïîâåðõíîñòè, è íå îãðàíè÷èâàþùåé
åãî äâèæåíèå âäîëü ýòîé ïîâåðõíîñòè. Ãëóáèíà ïîòåí-
öèàëüíîé ÿìû ðàâíà ýíåðãèè àäñîðáöèè.
Ïîëÿðèçàöèÿ àòîìîâ ãåëèÿ ñâÿçàíà ñî ñìåùåíèåì
ÿäðà îòíîñèòåëüíî öåíòðà íåâîçìóùåííîãî àòîìà.
Îöåíèì âåëè÷èíó äèïîëüíîãî ìîìåíòà àäñîðáèðî-
âàííîãî àòîìà He. Ïðåäïîëàãàåì, ÷òî àäñîðáöèîííàÿ
ïîòåíöèàëüíàÿ ÿìà âîçíèêàåò â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåé-
ñòâèÿ ýëåêòðîííîé îáîëî÷êè ãåëèÿ ñ ïîâåðõíîñòüþ, â
ñëó÷àå ìåòàëëà — ýòî âçàèìîäåéñòâèå ñ åãî ýëåêòðîí-
íîé æèäêîñòüþ, â ñëó÷àå èîííîãî êðèñòàëëà — ñ èîíà-
ìè ïîâåðõíîñòè, ïðè÷åì â ðåçóëüòàòå ýòîãî âçàèìî-
äåéñòâèÿ ýëåêòðîííàÿ îáîëî÷êà ãåëèÿ äåôîðìèðóåòñÿ.
 ñëó÷àå èîííîãî êðèñòàëëà ôèçèêà äåôîðìàöèè îáî-
ëî÷êè — ýòî ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ
èîíîâ.  ñëó÷àå ñ ìåòàëëîì ýòî, â ÷àñòíîñòè, ïðèìåñü
1s2p ñ m = 0 ñîñòîÿíèÿ â âîëíîâóþ ôóíêöèþ ýëåêòðîí-
íîé îáîëî÷êè He â ðåçóëüòàòå âçàèìîäåéñòâèÿ ñ ýëåê-
òðîííîé æèäêîñòüþ ìåòàëëà. Òàêàÿ ïðèìåñü âåäåò
ê ñìåùåíèþ ýëåêòðîííîé îáîëî÷êè ïî îòíîøåíèþ ê
ÿäðó [5].
Åñëè àäñîðáèðóþùàÿ ïîâåðõíîñòü — ìåòàëë, òî,
åñòåñòâåííî, ÷òî â ðåçóëüòàòå ýòîãî âçàèìîäåéñòâèÿ
ÿäðî ãåëèÿ ïîòÿíåòñÿ ê ïîâåðõíîñòè, à ýëåêòðîííîå
îáëàêî îòòîëêíåòñÿ îò íåå. Â ðåçóëüòàòå âåêòîð äè-
ïîëüíîãî ìîìåíòà áóäåò íàïðàâëåí ê ïîâåðõíîñòè, êàê
ïîêàçàíî íà ðèñ. 1. Äëÿ îöåíêè ïîðÿäêà âåëè÷èíû äè-
ïîëüíîãî ìîìåíòà ïðåäïîëîæèì, ÷òî ýíåðãèÿ àäñîðá-
öèè ðàâíà ýíåðãèè äåôîðìèðîâàííîãî àòîìà ãåëèÿ, êî-
òîðàÿ îïðåäåëÿåòñÿ ñìåùåíèåì ÿäðà îòíîñèòåëüíî
öåíòðà íåâîçìóùåííîãî àòîìà
, à âåëè÷èíà äèïîëü-
íîãî ìîìåíòà d áóäåò îäíîçíà÷íî ñâÿçàíà ñ åå âåëè-
÷èíîé è ðàâíà d e� 2
. Çäåñü e — çàðÿä ýëåêòðîíà.
Èñïîëüçóÿ ýòè ïðåäïîëîæåíèÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíîå
çíà÷åíèå ýíåðãèè àäñîðáöèè îäíîãî àòîìà � è òåîðåòè-
÷åñêè ðàññ÷èòàííóþ åãî ïîëÿðèçóåìîñòü �, ìîæíî
ñäåëàòü ïðîñòóþ îöåíêó åãî äèïîëüíîãî ìîìåíòà.
Ýíåðãèþ äåôîðìèðîâàííîãî àòîìà ìîæíî çàïèñàòü
ñëåäóþùèì îáðàçîì:
�
�
k 2
2
. (1)
Çäåñü k — êîýôôèöèåíò æåñòêîñòè. Êîýôôèöèåíò
æåñòêîñòè ìîæíî âûðàçèòü ÷åðåç ïîëÿðèçóåìîñòü,
ó÷èòûâàÿ, ÷òî d E� � è 2eE k�
, íàõîäèì:
k
e
�
4 2
�
, (2)
� � � �2 3 10 41, Êë·ì
2
/Â [3] è k � �4 5 103, Í/ì
è ïîäñòàâëÿÿ ýòî âûðàæåíèå â (1) , ïîëó÷àåì:
��
�
�
��
�
�
��
2 2
1 2
e
/
. (3)
È, îêîí÷àòåëüíî, äëÿ äèïîëüíîãî ìîìåíòà àòîìà
He ïîëó÷èì:
d � ( ) /2 1 2�� . (4)
Ïî ëèòåðàòóðíûì äàííûì ýíåðãèè àäñîðáöèè äëÿ
ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ ìîãóò îòëè÷àòüñÿ äðóã îò äðóãà
â íåñêîëüêî ðàç. Íàïðèìåð, â ýêñïåðèìåíòå Ðûáàëêî
[1] âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòü êîíäåíñàòîðà áûëà ïî-
çîëî÷åíà, �Au � 68 6, Ê [11], â ýêñïåðèìåíòå ñ òîðñè-
îííûì ãåíåðàòîðîì ñîñóä áûë ëàòóííûì, ýíåðãèÿ àä-
ñîðáöèè ëàòóíè íàì íåèçâåñòíà, íî ìîæíî îæèäàòü,
÷òî ýòà ýíåðãèÿ íà ëàòóíè íåíàìíîãî îòëè÷àåòñÿ îò
ìåäè (30,9–59,2) Ê [12]. Ïîýòîìó äëÿ çîëîòûõ ýëåê-
òðîäîâ
� � �6 5 10 13, ì, d � � �3 7 10 31, Êë·ì, à äëÿ ëàòóí-
íûõ (ìåäíûõ)
â èíòåðâàëå ( , , )13 19 10 13� � � ì, à d â èí-
òåðâàëå ( , , )4 2 61 10 32� � � Êë·ì.
Èíòåðåñíî ñðàâíèòü ýòè çíà÷åíèå ñ ìèêðîñêîïè-
÷åñêèì ðàñ÷åòîì Ëîêòåâà è Òîì÷åíêî [5] äëÿ äâóõ âçà-
èìîäåéñòâóþùèõ àòîìîâ He:
� � �2 6 10 14, ì. Êàê âè-
äèì, ïîëó÷åííîå íàìè çíà÷åíèå íà ïîðÿäîê áîëüøå,
è ýòî, ïî íàøåìó ìíåíèþ, åñòåñòâåííî. Âçàèìîäåé-
ñòâèå ñî ñòåíêîé äîëæíî áûòü áîëüøå êàê ìèíèìóì ïî
äâóì ïðè÷èíàì, à èìåííî: â ñëó÷àå ñî ñòåíêîé àòîì ãå-
ëèÿ âçàèìîäåéñòâóåò ñðàçó ñî ìíîãèìè àòîìàìè, è ê
òîìó æå îíè íå ÿâëÿþòñÿ àòîìàìè èíåðòíûõ ãàçîâ. Òàê
÷òî íàøà êà÷åñòâåííàÿ îöåíêà äèïîëüíîãî ìîìåíòà
958 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10
Å.Ä. Ãóòëÿíñêèé
+ + + +++ + + +++ +
U T
U+ U� T+��
+ + + ++ + + ++++
Ðèñ. 1. Ãåëèé II â êîíäåíñàòîðå â ïîëå âòîðîãî çâóêà. Êî-
ëåáàíèÿ ðàçíîñòè òåìïåðàòóð íà ïðîòèâîïîëîæíûõ ïëàñ-
òèíàõ êîíäåíñàòîðà, âûçâàííûå ñòîÿ÷åé âîëíîé âòîðîãî
çâóêà, âåäóò ê êîëåáàíèÿì ðàçíîñòè ïëîòíîñòåé äåôîðìè-
ðîâàííûõ àòîìîâ ãåëèÿ è, ñëåäîâàòåëüíî, ãåíåðèðóþò êî-
ëåáàíèÿ ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ íà ïðîòèâîïîëîæíûõ ïëàñ-
òèíàõ. Êðóãàìè èçîáðàæåíû àòîìû ãåëèÿ â îáúåìå.
Ýëëèïñû — äåôîðìèðîâàííûå àòîìû íà ïîâåðõíîñòè êîí-
äåíñàòîðà. Ïàäàÿ èç îáúåìà â ïîâåðõíîñòíîå ñîñòîÿíèå,
àòîì ãåëèÿ äåôîðìèðóåòñÿ, ïðèîáðåòàÿ äèïîëüíûé ìî-
ìåíò. Ïðè ïåðåõîäå èç ïîâåðõíîñòíîãî ñîñòîÿíèÿ â îáúåì
àòîì ãåëèÿ òåðÿåò äèïîëüíûé ìîìåíò.
äëÿ ãåëèÿ â ïîòåíöèàëüíîé ÿìå äàåò âïîëíå ðàçóìíûé
ðåçóëüòàò.
Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â ôîðìóëàõ (3) è (4) ìî-
æåò ñòîÿòü êðîìå çíàêà ïëþñ òàêæå è çíàê ìèíóñ. Â
ðàìêàõ íàøåãî ðàññìîòðåíèÿ ýíåðãèÿ àäñîðáèðîâàí-
íîãî àòîìà âûðîæäåíà ïî äèïîëüíîìó ìîìåíòó. Îäíà-
êî, êàê ìû óæå îòìåòèëè âûøå, äëÿ ìåòàëëà âåðîÿòíåå
âñåãî áóäåò íàïðàâëåíèå äèïîëüíîãî ìîìåíòà ê ïî-
âåðõíîñòè, â ñëó÷àå æå èîííîãî êðèñòàëëà íàïðàâëå-
íèå äèïîëüíîãî ìîìåíòà áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ çàðÿäîì
èîíîâ íà ïîâåðõíîñòè.
Ïåðåõîäèì òåïåðü ê ñëåäóþùåìó ïîëîæåíèþ íà-
øåé ðàáîòû: èìååì ïîòåíöèàëüíóþ ÿìó ãëóáèíîé � íà
ñòåíêå êîíäåíñàòîðà è ïðåäïîëàãàåì, ÷òî â ýòó ÿìó
êîíäåíñèðóþòñÿ àòîìû ãåëèÿ èç åãî îáúåìà (ðèñ. 1). Â
ýòîì ñëó÷àå íà îáåèõ ïëàñòèíàõ êîíäåíñàòîðà áóäåò
âîçíèêàòü äèïîëüíûé ñëîé. Åñëè ïëàñòèíû ñäåëàíû
èç îäíîãî è òîãî æå ìàòåðèàëà, òî ïëîòíîñòü äèïîëü-
íûõ ìîìåíòîâ («ñïîíòàííàÿ» ïîëÿðèçàöèÿ òîíêîãî
äèýëåêòðèêà) áóäåò îäèíàêîâà, è ðàçíîñòè ïîòåíöèà-
ëîâ ìåæäó ïëàñòèíàìè íå áóäåò*.  ñëó÷àå, åñëè òåì-
ïåðàòóðû îáåèõ ïëàñòèí êîíäåíñàòîðîâ áóäóò êîëå-
áàòüñÿ, ïðè÷åì ñî ñäâèãîì ïî ôàçå, òî ïîëÿðèçàöèÿ
ïðèïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ áóäåò ìåíÿòüñÿ çà ñ÷åò óõîäà
àòîìîâ â îáúåì íåñîãëàñîâàííî, è âîçíèêíåò ïåðåìåí-
íàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, êîòîðàÿ áóäåò èìåòü ìàêñè-
ìóì â ñëó÷àå, åñëè òåìïåðàòóðû ïëàñòèí áóäóò êîëå-
áàòüñÿ â ïðîòèâîôàçå. Èìåííî ýòîò ñëó÷àé èìåë ìåñòî
â ýêñïåðèìåíòå Ðûáàëêî ñî âòîðûì çâóêîì [1] — ýô-
ôåêò äîñòèãàë ìàêñèìóìà äëÿ ïîëóâîëíîâîãî ðåçî-
íàòîðà.
Êîëåáàíèå íàïðÿæåíèÿ �U, ãåíåðèðóåìîå êîëåáà-
íèÿìè òåìïåðàòóðû íà ïëàñòèíàõ êîíäåíñàòîðà, ìîæ-
íî âûðàçèòü ÷åðåç êîëåáàíèÿ ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñ-
òè àòîìîâ ãåëèÿ ns è èõ äèïîëüíûé ìîìåíò:
� �U
d
ns�
2
0�
. (5)
Îäíàêî óêàçàííûõ âûøå ñîîáðàæåíèé äëÿ îáúÿñíå-
íèÿ ýêñïåðèìåíòîâ [1] è [2] íåäîñòàòî÷íî, ïîñêîëüêó
ýòà êîíäåíñàöèÿ, åñòåñòâåííî, áóäåò ïðîèñõîäèòü ïðè
ïåðåõîäå ãåëèÿ â æèäêóþ ôàçó ïðè òåìïåðàòóðàõ
âûøå òåìïåðàòóðû ïåðåõîäà â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿ-
íèå, ïîñêîëüêó ýíåðãèÿ àäñîðáöèè â ýêñïåðèìåíòàõ
Ðûáàëêî èçìåíÿëàñü â ïðåäåëàõ îò 60 äî 30 Ê, à ýòî ãî-
ðàçäî áîëüøå, ÷åì òåìïåðàòóðû, ñ êîòîðûìè îí ðàáî-
òàë, ïîýòîìó ïëîòíîñòü êîíäåíñèðîâàííûõ àòîìîâ ãå-
ëèÿ äîëæíà ñëàáî çàâèñåòü îò òåìïåðàòóðû. Ïîýòîìó
äåëàåì ñëåäóþùåå ïðåäïîëîæåíèå: ïðè ïåðåõîäå â
ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå ãåëèÿ â îáúåìå ìåíÿåòñÿ õà-
ðàêòåð ñìà÷èâàíèÿ ïîâåðõíîñòè, è ýòî åñòü ôàçîâûé
ïåðåõîä âòîðîãî ðîäà, ñâÿçàííûé ñ äîïîëíèòåëüíîé
êîíäåíñàöèåé èç îáúåìà ãåëèÿ â àäñîðáöèîííóþ ïî-
òåíöèàëüíóþ ÿìó è ïåðåõîäîì äèïîëüíîãî ñëîÿ íà ïî-
âåðõíîñòè â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿíèå. Èìåííî äîïîë-
íèòåëüíàÿ ïëîòíîñòü àòîìîâ íà ïîâåðõíîñòè ns áóäåò
çàâèñåòü îò òåìïåðàòóðû è âõîäèòü â ôîðìóëó (5), ïî-
ñêîëüêó òà ÷àñòü ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñòè äèïîëü-
íîãî ñëîÿ, êîòîðàÿ îáðàçîâàëàñü âûøå ñâåðõòåêó÷åãî
ïåðåõîäà, áóäåò â èíòåðåñóþùåì íàñ èíòåðâàëå òåìïå-
ðàòóð ïðàêòè÷åñêè ïîñòîÿííîé è èñ÷åçíåò â ðåçóëüòà-
òå âû÷èòàíèÿ, ïîñêîëüêó â ôîðìóëå (5) ôèãóðèðóåò
èçìåíåíèå ïëîòíîñòè.
Íàéäåì òåïåðü çàâèñèìîñòü ns îò òåìïåðàòóðû è
ñêîðîñòè ñòåíêè êîíäåíñàòîðà.
×òîáû íàéòè òåìïåðàòóðíóþ çàâèñèìîñòü ns, âîñ-
ïîëüçóåìñÿ òåîðèåé ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ Ëàíäàó [13],
ïàðàìåòð ïîðÿäêà âûáåðåì ñëåäóþùèì îáðàçîì:
� � n is exp �, çäåñü � — ôàçà ïàðàìåòðà ïîðÿäêà. Â
ýòîì ñëó÷àå ðàçëîæåíèå ñâîáîäíîé ýíåðãèè ïî ïàðà-
ìåòðó ïîðÿäêà èìååò âèä
F A T T n ns s( ) ( )� � � � �� �
2 . (6)
Äàëåå, èç óñëîâèÿ ýêñòðåìóìà ñâîáîäíîé ýíåðãèè
dF d/ | |� � 0 íàéäåì
n T Ts � �
�
� ( ) . (7)
Îòêóäà ïîëó÷àåì
� �U
d
T� �
�
�
�0
. (8)
Òàêèì îáðàçîì, ñðàçó ïîëó÷àåì êà÷åñòâåííûé ðå-
çóëüòàò Ðûáàëêî î íåçàâèñèìîñòè � �T U/ îò òåìïåðà-
òóðû.
Ïåðåéäåì òåïåðü êî âòîðîìó ýêñïåðèìåíòó Ðûáàë-
êî [2].  ýòîì ñëó÷àå êîëåáëåòñÿ ñòåíêà ñîñóäà, âòîðîé
êîíòàêò íåïîäâèæåí. Ïîêàæåì, ÷òî êîëåáàíèÿ ñòåíêè
ñîñóäà ïðèâîäÿò ê êîëåáàíèÿì ïëîòíîñòè ns. Ôèçè÷åñ-
êè ýòî ïîíÿòíî, ns îïèñûâàåò ïëîòíîñòü ñâåðõòåêó÷åé
÷àñòè ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñòè, è ïîýòîìó îíà áóäåò
èìåòü äîïîëíèòåëüíóþ êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ â àä-
ñîðáöèîííîé ïîòåíöèàëüíîé ÿìå, êîòîðóþ ñîçäàåò
äâèæóùàÿñÿ ñòåíêà ñîñóäà. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ ãëóáèíà
ïîòåíöèàëüíîé ÿìû ñòàíåò ìåíüøå è, ñëåäîâàòåëüíî,
÷àñòü àòîìîâ ãåëèÿ óéäåò â îáúåì, è ïîëÿðèçàöèÿ ïî-
âåðõíîñòíîãî ñëîÿ óìåíüøèòñÿ. Êîëåáàíèÿ ñêîðîñòè
Î âîçìîæíîé ïîâåðõíîñòíîé ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñêîé àêòèâíîñòè â He II
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10 959
* Îòìåòèì, ÷òî åñëè ïëîòíîñòü äèïîëåé íà ðàçíûõ ïëàñòèíàõ áóäåò íå îäèíàêîâà, òî ìåæäó ïëàñòèíàìè êîíäåíñàòîðà áó-
äåò ïîñòîÿííàÿ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ, êîòîðàÿ íå ÿâëÿåòñÿ íàáëþäàåìîé âåëè÷èíîé, ïîñêîëüêó áóäåò çàýêðàíèðîâàíà
èîíàìè, êîòîðûå âñåãäà èìåþòñÿ â îáúåìå He.
áóäóò ïðèâîäèòü êîëåáàíèÿì íàïðÿæåíèÿ. Êîëè÷åñò-
âåííî ýòîò ðåçóëüòàò ìîæíî ïîëó÷èòü, âîñïîëüçîâàâ-
øèñü, êàê è â ïðåäûäóùåì ñëó÷àå, òåîðèåé Ëàíäàó.
 ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ñâîáîäíàÿ ýíåðãèÿ èìå-
åò âèä:
F A T T n n
mV
ns s s( ) ( )� � � � � �� �
2
2
2
. (9)
Îòêóäà ñðàçó ñëåäóåò
n T T
m
Vs � � �
�
� � ( )
4
2 . (10)
Çäåñü m — ìàññà àòîìà ãåëèÿ. Â ýêñïåðèìåíòå ñ òîðñè-
îííûì ãåíåðàòîðîì òåìïåðàòóðà ïîñòîÿííà, ïîýòîìó
äëÿ êîëåáàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïîëó÷àåì
�U
d m
V�
� �0
2
2
. (11)
Îñòàíîâèìñÿ òåïåðü íà âîçìîæíîé ýêñïåðèìåí-
òàëüíîé ïðîâåðêå ïðåäëàãàåìîé òåîðèè. Ïîñêîëüêó
îäíèì èç îñíîâíûõ ïðåäïîëîæåíèé âûøåèçëîæåííî-
ãî ÿâëÿåòñÿ ïðåäñòàâëåíèå îá àáñîðáöèîííîé ïîòåí-
öèàëüíîé ÿìå íà ïîâåðõíîñòè êîíäåíñàòîðà, êîòîðàÿ
ñâÿçàíà ñ âîçíèêíîâåíèåì äèïîëüíîãî ìîìåíòà ó àòî-
ìà ãåëèÿ, òî åñòåñòâåííî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî åñëè
ïëàñòèíà êîíäåíñàòîðà ïîêðûòà ìåòàëëîì, íå ñìà÷è-
âàåìûì ãåëèåì, òî ýôôåêòà íå áóäåò èëè îí áóäåò
ñèëüíî îñëàáëåí. Òàêèì ìåòàëëîì, ïî-âèäèìîìó, ÿâ-
ëÿåòñÿ öåçèé [14]. Äëÿ ïðîâåðêè ôîðìóëû (11) ìîæíî
èñïîëüçîâàòü ïîïåðå÷íûå óëüòðàçâóêîâûå âîëíû.
Ïîñêîëüêó ýòîò òèï âîëí â ñâåðõòåêó÷åé æèäêîñòè íå
ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ, òî ìîæíî â êà÷åñòâå îäíîé èç îá-
êëàäîê èçìåðèòåëüíîãî êîíäåíñàòîðà èñïîëüçîâàòü
ïîêðûòûé ìåòàëëîì êîíåö âîëíîâîäà, ê äðóãîìó êîí-
öó êîòîðîãî ïðèêëååí ïüåçîïðåîáðàçîâàòåëü. Âîëíî-
âîä â òàêîì ýêñïåðèìåíòå íóæíî èñïîëüçîâàòü, ÷òîáû
èçáåæàòü ýëåêòðè÷åñêîé íàâîäêè îò ïüåçîïðåîáðàçî-
âàòåëÿ íà èçìåðèòåëüíóþ ñõåìó. Â òàêîì ýêñïåðèìåí-
òå ìîæíî èçìåðèòü ÷àñòîòíóþ çàâèñèìîñòü íàâå-
äåííîé ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ïðè ôèêñèðîâàííîé
àìïëèòóäå è åå çàâèñèìîñòü îò àìïëèòóäû ïðè ôèêñè-
ðîâàííîé ÷àñòîòå.  ïåðâîì ñëó÷àå ðàçíîñòü ïîòåíöè-
àëîâ äîëæíà áûòü ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó ÷àñòîòû
óëüòðàçâóêà, à âî âòîðîì ñëó÷àå — êâàäðàòó åãî àì-
ïëèòóäû.
Ðåçþìèðóÿ èçëîæåííîå âûøå, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî
ìû ïîñòðîèëè ïðîñòóþ òåðìîäèíàìè÷åñêóþ òåîðèþ,
êà÷åñòâåííî îáúÿñíÿþùóþ ãåíåðàöèþ ýëåêòðè÷åñêèõ
ïîòåíöèàëîâ âòîðûì çâóêîì [1] è êîëåáàíèÿìè òîðñè-
îííîãî ãåíåðàòîðà [2], èñïîëüçóÿ ñëåäóþùèå ïðåäïî-
ëîæåíèÿ.
1. Íà ïîâåðõíîñòè ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà, ñäåëàí-
íûõ èç ìàòåðèàëîâ, ñìà÷èâàåìûõ He, ñóùåñòâóåò àä-
ñîðáöèîííàÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ÿìà, è â ýòîé ÿìå ñóùåñò-
âóåò ñâÿçàííîå ñîñòîÿíèå àòîìîâ He ñ îáðàçîâàíèåì
äèïîëüíîãî ìîìåíòà.
2. Â ýòó ÿìó êîíäåíñèðóþòñÿ àòîìû ãåëèÿ èç îáúå-
ìà ïðè îáðàçîâàíèè æèäêîé ôàçû â ðåçóëüòàòå ñìà÷è-
âàíèÿ ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäîâ.
3. Ïðè ïåðåõîäå He â îáúåìå â ñâåðõòåêó÷åå ñîñòîÿ-
íèå èçìåíÿåòñÿ õàðàêòåð ñìà÷èâàíèÿ, ïðè÷åì ýòî èç-
ìåíåíèå ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ôàçîâûé ïåðåõîä âòîðîãî
ðîäà ñ ïàðàìåòðîì ïîðÿäêà, ðàâíûì � � n is exp �,
ñâÿçàííûì ñ äîïîëíèòåëüíûìè àòîìàìè ãåëèÿ, êî-
òîðûå êîíäåíñèðóþòñÿ â ýòîì ñëó÷àå èç îáúåìà â àä-
ñîðáöèîííóþ ïîòåíöèàëüíóþ ÿìó è îäíîâðåìåííî
ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ñâåðõòåêó÷óþ êîìïîíåíòó ãåëèÿ
â ýòîé ÿìå.
Ïðåäëîæåííàÿ ôåíîìåíîëîãè÷åñêàÿ òåîðèÿ ïîçâî-
ëÿåò îáúÿñíèòü íå òîëüêî ôàêò ãåíåðàöèè ýëåêòðè÷åñ-
êîãî íàïðÿæåíèÿ â ýêñïåðèìåíòàõ ñî âòîðûì çâóêîì,
íî è îòñóòñòâèå çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû îòíî-
øåíèÿ � �T U/ , ÷òî íå óäàâàëîñü ñäåëàòü â ïðåäøåñò-
âóþùèõ òåîðåòè÷åñêèõ ðàáîòàõ, à â ýêñïåðèìåíòå ñ
òîðñèîííûì ãåíåðàòîðîì — îáúÿñíèòü çàâèñèìîñòü
íàáëþäàåìîãî íàïðÿæåíèÿ îò êâàäðàòà ñêîðîñòè ñòåí-
êè ñîñóäà.
Àâòîð áëàãîäàðåí Å.Ñ. Ñûðêèíó, ïðèâëåêøåìó âíè-
ìàíèå àâòîðà ê ðàáîòàì À.Ñ. Ðûáàëêî, Â.Ï. Ñàõíåíêî
çà ïîääåðæêó ðàáîòû è ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ, à òàêæå
Ï.Í. Òèìîíèíó çà îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ.
1. À.Ñ. Ðûáàëêî, ÔÍÒ 30, 1321 (2004) [Low Temp. Phys.
30, 994 (2004)].
2. À.Ñ. Ðûáàëêî, Ñ.Ï. Ðóáåö, ÔÍÒ 31, 820 (2005) [Low
Temp. Phys. 31, 623 (2005)].
3. Ã. Áåòå è Ý. Ñîëïèòåð, Êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà àòîìîâ ñ
îäíèì è äâóìÿ ýëåêòðîíàìè, Íàóêà, Ìîñêâà (1960).
4. Ä.Æ. Áàðôóò, Ââåäåíèå â ôèçèêó ñåãíåòîýëåêòðè÷åñ-
êèõ ÿâëåíèé, Ìèð, Ìîñêâà (1970).
5. Â.Ì. Ëîêòåâ è Ì.Ä. Òîì÷åíêî, ÔÍÒ 34, 337 (2008)
[Low Temp. Phys. 34, 262 (2008)].
6. À.Ì. Êîñåâè÷, ÔÍÒ 31, 1100 (2005) [Low Temp. Phys.
31, 830 (2005)].
7. L.A. Melnikovsky, arXiv:cond-mat/0505102.
8. L.A. Melnikovsky, J. Low Temp. Phys. 148, 559 (2007).
9. Â.Ä. Íàöèê, ÔÍÒ 31, 1201 (2005) [Low Temp. Phys. 31,
915 (2005)].
10. Ý.À. Ïàøèöêèé, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, ÔÍÒ 33, 12 (2007)
[Low Temp. Phys. 33, 8 (2007)].
11. E. Zaremba and W. Êohn, Phys. Rev. B15, 1769 (1997).
12. J.G. Brisson, J.C. Mester, and I.E. Silvera, Phys. Rev.
B44, 12453 (1991).
13. Ë.Ä. Ëàíäàó è Å.Ì. Ëèôøèö, Ñòàòèñòè÷åñêàÿ ôèçè-
êà, Íàóêà, Ìîñêâà (1976).
14.Â.Å. Ñèâîêîíü, ÔÍÒ 32, 65 (2006) [Low Temp. Phys. 32,
48 (2006)].
960 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10
Å.Ä. Ãóòëÿíñêèé
On a possible surface nature of the electric
activity in He II
E.D. Gutliansky
A simple phenomenological model is suggest-
ed to explain the generation of electric fields in
HeII by the second sound and the oscillations of
a wall of the condenser. The model is based on
the assumption that on wetting by helium surfaces
exists a surface bound state of helium atoms and in
this state the atoms have dipole moment (There is a
dipole layer on the surface.) It is supposed that at
transition of helium in volume in a superfluid state
the character of wetting is changed. This change
is the phase transition of the second tipe connect-
ed with the beginning additional condensation of
atoms from volume in the dipole layer and transi-
tion it in the superfluid state. For the description of
this phase transition Landau theory with the order
parameter of � � n is exp � is used. From the the-
ory follows that the value of the ratio of the poten-
tial drop oscillation to the difference temperature
oscillation of the condenser plates generated by se-
cond sound wave from temperature does not de-
pend. And the potential drop generated by the tor-
sion generator wall is proportional to a square of its
speed.
PACS: 67.10.Jn– Transport properties and hydro-
dynamics;
67.25.D– Superfluid phase.
Keywords: superfluid helium, second sound, sur-
face bound state, wetting, condensation, phase transi-
tion, electric field.
Î âîçìîæíîé ïîâåðõíîñòíîé ïðèðîäå ýëåêòðè÷åñêîé àêòèâíîñòè â He II
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2009, ò. 35, ¹ 10 961
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117404 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:11:58Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гутлянский, Е.Д. 2017-05-23T10:40:45Z 2017-05-23T10:40:45Z 2009 О возможной поверхностной природе электрической активности в He II / Е.Д. Гутлянский // Физика низких температур. — 2009. — Т. 35, № 10. — С. 956-961. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 67.10.Jn-, 67.25.D- https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117404 Предложена простая феноменологическая модель, позволяющая качественно объяснить генерацию электрических полей в He II вторым звуком и колебаниями стенки конденсатора. Модель основана на предположении о существовании на смачиваемых гелием поверхностях связанного состояния атомов He c образованием дипольного момента (дипольного слоя). Кроме того, предполагается, что при переходе гелия в объеме в сверхтекучее состояние изменяется характер смачивания, и это изменение есть переход второго рода, связанный с началом дополнительной конденсации атомов из объема в дипольный слой и переходом его в сверхтекучее состояние. Для описания этого перехода используется теория Ландау с параметром порядка ψ=√n̅s̅ exp iφ. Из теории следует, что величина отношения колебания разности потенциалов к разности температур на обкладках конденсатора, генерируемых волной второго звука, от температуры не зависит. А разность потенциалов, генерируемая колебаниями стенки торсионного генератора, пропорциональна квадрату ее скорости. Запропоновано просту феноменологічну модель, що дозволяє якісно пояснити генерацію електричних полів в He II другим звуком і коливаннями стінки конденсатора. Модель засновано на припущенні про існування на поверхнях, які змочуються гелієм, зв’язаного стану атомів He з утворенням дипольного моменту (дипольного шару). Крім того, передбачається, що при переході гелію в об’ємі у надплинний стан змінюється характер змочування, і ця зміна є перехід другого роду, який пов’язаний з початком додаткової конденсації атомів з об’єму в дипольний шар та переходом його у надплинний стан. Для опису цього переходу використовується теорія Ландау з параметром порядку ψ=√n̅s̅ exp iφ. З теорії витікає, що величина відношення коливання різниці потенціалів до різниці температур на обкладках конденсатора, які генерируються хвилею другого звуку, від температури не залежить. А різниця потенціалів, яка генерирується коливаннями стінки торсіонного генератора, пропорційна квадрату її швидкості. A simple phenomenological model is suggested to explain the generation of electric fields in HeII by the second sound and the oscillations of a wall of the condenser. The model is based on the assumption that on wetting by helium surfaces exists a surface bound state of helium atoms and in this state the atoms have dipole moment (There is a dipole layer on the surface.) It is supposed that at transition of helium in volume in a superfluid state the character of wetting is changed. This change is the phase transition of the second tipe connected with the beginning additional condensation of atoms from volume in the dipole layer and transition it in the superfluid state. For the description of this phase transition Landau theory with the order parameter of ψ=√n̅s̅ exp iφ is used. From the theory follows that the value of the ratio of the potential drop oscillation to the difference temperature oscillation of the condenser plates generated by second sound wave from temperature does not depend. And the potential drop generated by the torsion generator wall is proportional to a square of its speed. Автор благодарен Е.С. Сыркину, привлекшему внимание автора к работам А.С. Рыбалко, В.П. Сахненко за поддержку работы и полезные обсуждения, а также П.Н. Тимонину за обсуждение результатов. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы О возможной поверхностной природе электрической активности в He II On a possible surface nature of the electric activity in He II Article published earlier |
| spellingShingle | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II Гутлянский, Е.Д. Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| title | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II |
| title_alt | On a possible surface nature of the electric activity in He II |
| title_full | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II |
| title_fullStr | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II |
| title_full_unstemmed | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II |
| title_short | О возможной поверхностной природе электрической активности в He II |
| title_sort | о возможной поверхностной природе электрической активности в he ii |
| topic | Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| topic_facet | Квантовые жидкости и квантовые кpисталлы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117404 |
| work_keys_str_mv | AT gutlânskiied ovozmožnoipoverhnostnoiprirodeélektričeskoiaktivnostivheii AT gutlânskiied onapossiblesurfacenatureoftheelectricactivityinheii |