Al doilea sunet - Second sound

Al doilea sunet este un fenomen mecanic cuantic în care transferul de căldură are loc prin mișcare asemănătoare undelor , mai degrabă decât prin mecanismul mai obișnuit de difuzie . Prezența sa duce la o conductivitate termică foarte ridicată . Este cunoscut sub numele de „al doilea sunet”, deoarece mișcarea undelor de entropie și temperatură este similară cu propagarea undelor de presiune în aer ( sunet ).

Undele sonore normale sunt fluctuații ale deplasării și densității moleculelor dintr-o substanță; undele sonore secundare sunt fluctuații ale densității excitațiilor termice asemănătoare particulelor ( rotoni și fononi ). Al doilea sunet poate fi observat în orice sistem în care cele mai multe coliziuni fonon-fonon conservă impulsul, precum superfluidele și în unele cristale dielectrice atunci când dispersia Umklapp este mică. (Umklapp împrăștierea fonon-fonon schimbă impulsul cu rețeaua cristalină, astfel încât impulsul fononului nu este conservat.)

În heliu II

Al doilea sunet este observat în heliu lichid la temperaturi sub punctul lambda , 2.1768  K , unde 4 He devine un superfluid cunoscut sub numele de heliu II . Heliul II are cea mai mare conductivitate termică a oricărui material cunoscut (de câteva sute de ori mai mare decât cuprul ). Al doilea sunet poate fi observat fie ca impulsuri, fie într-o cavitate rezonantă.

Viteza celui de-al doilea sunet este aproape de zero în apropierea punctului lambda, crescând la aproximativ 20 m / s în jur de 1,8 K, de aproximativ zece ori mai lent decât undele sonore normale. La temperaturi sub 1 K, viteza celui de-al doilea sunet în heliu II crește pe măsură ce temperatura scade.

Al doilea sunet este, de asemenea, observat în heliu-3 superfluid sub punctul său lambda 2,5 mK.

În alte medii

Al doilea sunet a fost observat în solidul 4 He și 3 He și în unele solide dielectrice, cum ar fi Bi în intervalul de temperatură de 1,2 până la 4,0 K cu o viteză de 780 ± 50 m / s sau NaF în jur de 10 până la 20 K.

În 2019 a fost raportat că ordinare grafit prezintă o „ a doua sunet“ la 120 K . Această caracteristică a fost prevăzută teoretic și observată experimental și a fost de departe cea mai fierbinte temperatură la care a fost observat al doilea sunet. Cu toate acestea, acest al doilea sunet este observat doar la microscară, deoarece unda se stinge exponențial cu lungimea caracteristică 1-10 microni. Prin urmare, probabil grafitul în regimul corect de temperatură are o conductivitate termică extraordinar de mare, dar numai în scopul transferării impulsurilor de căldură distanțe de ordinul a 10 microni și pentru impulsurile de durată de ordinul a 10 nanosecunde. Pentru un transfer de căldură mai „normal”, conductivitatea termică observată a grafitului este mai mică decât cea a, de exemplu, a cuprului. Modelele teoretice prezic totuși că lungimi mai mari de absorbție ar fi observate în grafitul izotopic pur și poate într-un interval mai larg de temperatură, de exemplu chiar la temperatura camerei. (În martie 2019, acel experiment nu a fost încă încercat.)

În 2021, acest efect a fost observat într-un superfluid BKT , precum și într-un semiconductor de germaniu

Aplicații

Măsurarea vitezei celui de-al doilea sunet în amestecuri de 3 He- 4 He poate fi folosit ca termometru în intervalul 0,01-0,7 K.

Traductoarele oscilante superleare (OST) folosesc al doilea sunet pentru localizarea defectelor în cavitățile acceleratoare supraconductoare .

Vezi si

Referințe

  1. ^ a b Srinivasan, R (iunie 1999). „Al doilea sunet: rolul undelor elastice” (PDF) . Rezonanță . 4 : 15–19. doi : 10.1007 / bf02834631 . S2CID  124849291 .
  2. ^ Feynman, Richard. Feynman Lectures on Physics . Cărți de bază. ISBN 978-0465024933.
  3. ^ Feynman. "Sunet. Ecuația undei" . www.feynmanlectures.caltech.edu . Caltech . Adus la 20 iulie 2021 .
  4. ^ Smith, Henrik; Jensen, H. Hojgaard (1989). "Secțiunea 4.3: Al doilea sunet". Fenomene de transport . Presa Universitatii Oxford. ISBN 0-19-851985-0.
  5. ^ Srinivasan, R (martie 1999). „Al doilea sunet: valuri de entropie și temperatură” (PDF) . Rezonanță . 3 : 16–24. doi : 10.1007 / BF02838720 . S2CID  123957486 .
  6. ^ Prohofsky, E .; Krumhansl, J. (1964). „Propagarea celui de-al doilea sunet în solide dielectrice”. Revizuirea fizică . 133 (5A): A1403. Cod Bib : 1964PhRv..133.1403P . doi : 10.1103 / PhysRev.133.A1403 .
  7. ^ Chester, M. (1963). „Al doilea sunet în solid”. Revizuirea fizică . 131 (5): 2013–2015. Bibcode : 1963PhRv..131.2013C . doi : 10.1103 / PhysRev.131.2013 .
  8. ^ Lebrun, Phillipe (17 iulie 1997). Heliu superfluid ca agent de răcire tehnic (PDF) (LHC-Project-Report-125). CERN. p. 4.
  9. ^ Van Der Boog, AGM; Husson, LPJ; Disatnik, Y .; Kramers, HC (1981). "Rezultate experimentale privind viteza celui de-al doilea sunet și vâscozitatea în amestecuri diluate 3He-4He". Physica B + C . 104 (3): 303-315. Cod Bib : 1981PhyBC.104..303V . doi : 10.1016 / 0378-4363 (81) 90176-5 .
  10. ^ Wang, RT; Wagner, WT; Donnelly, RJ (1987). „Măsurători de precizie ale vitezei celui de-al doilea sunet în heliu II”. Jurnal de fizică la temperaturi joase . 68 (5-6): 409-417. Cod Bib : 1987JLTP ... 68..409W . doi : 10.1007 / BF00682305 . S2CID  120789592 .
  11. ^ Lane, C .; Fairbank, H .; Fairbank, W. (1947). „Al doilea sunet în heliu lichid II”. Revizuirea fizică . 71 (9): 600-605. Cod Bib : 1947PhRv ... 71..600L . doi : 10.1103 / PhysRev.71.600 .
  12. ^ De Klerk, D .; Hudson, R .; Pellam, J. (1954). "A doua propagare a sunetului sub 1 ° K". Revizuirea fizică . 93 (1): 28-37. Cod Bib : 1954PhRv ... 93 ... 28D . doi : 10.1103 / PhysRev.93.28 .
  13. ^ Lu, S .; Kojima, H. (1985). „Observarea celui de-al doilea sunet în Superfluid ^ {3} He-B”. Scrisori de revizuire fizică . 55 (16): 1677–1680. Cod Bib : 1985PhRvL..55.1677L . doi : 10.1103 / PhysRevLett.55.1677 . PMID  10031890 .
  14. ^ Ackerman, C .; Bertman, B .; Fairbank, H .; Guyer, R. (1966). „Al doilea sunet în heliu solid”. Scrisori de revizuire fizică . 16 (18): 789–791. Cod Bib : 1966PhRvL..16..789A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.16.789 .
  15. ^ Ackerman, C .; Overton, W. (1969). „Al doilea sunet în heliu solid-3”. Scrisori de revizuire fizică . 22 (15): 764-766. Cod Bib : 1969PhRvL..22..764A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.22.764 .
  16. ^ Narayanamurti, V .; Dynes, R. (1972). „Observarea celui de-al doilea sunet în Bismut”. Scrisori de revizuire fizică . 28 (22): 1461-1465. Cod Bib : 1972PhRvL..28.1461N . doi : 10.1103 / PhysRevLett.28.1461 .
  17. ^ Jackson, H .; Walker, C .; McNelly, T. (1970). „Al doilea sunet în NaF”. Scrisori de revizuire fizică . 25 (1): 26-28. Cod Bib : 1970PhRvL..25 ... 26J . doi : 10.1103 / PhysRevLett.25.26 .
  18. ^ Huberman, S .; Duncan, RA (2019). „Observarea celui de-al doilea sunet în grafit la temperaturi peste 100 K”. Știință . 364 (6438): 375–379. arXiv : 1901.09160 . Bibcode : 2019Sci ... 364..375H . doi : 10.1126 / science.aav3548 . PMID  30872535 . S2CID  78091609 .
  19. ^ Christodoulou P, Gałka M, Dogra N și colab. (10 iunie 2021). „Observarea primului și celui de-al doilea sunet într-un superfluid BKT” . Natura .
  20. ^ Beardo, Albert; López-Suárez, Miquel; Pérez, Luis Alberto; Sendra, Lluc; Alonso, Maria Isabel; Melis, Claudio; Bafaluy, Javier; Camacho, Juan; Colombo, Luciano; Rurali, Riccardo; Alvarez, Francesc Xavier; Reparaz, Sebastian (06-01-2021). „Observarea celui de-al doilea sunet într-un câmp de temperatură care variază rapid în Ge” . Progrese științifice . 7 (27): eabg4677. doi : 10.1126 / sciadv.abg4677 . ISSN  2375-2548 . PMC  8245038 . PMID  34193427 .
  21. ^ " ' Al doilea sunet' apare în germaniu" . Lumea fizicii . 2021-07-18 . Adus 2021-07-20 .
  22. ^ Pitre, L. (2003). „Comparația dintre un termometru cu al doilea sunet și un termometru cu curbă de topire de la 0,8 K până la 20 mK”. Lucrările Conferinței AIP . 684 . pp. 101–106. doi : 10.1063 / 1.1627108 .
  23. ^ Sherlock, RA (1970). „Transductori de sunet Superleak oscilanți secundari”. Revizuirea instrumentelor științifice . 41 (11): 1603-1609. Cod Bib : 1970RScI ... 41.1603S . doi : 10.1063 / 1.1684354 .
  24. ^ Hesla, Leah (21 aprilie 2011). „Sunetul cavităților acceleratorului” . ILC Newsline . Accesat la 26 octombrie 2012 .
  25. ^ Quadt, A .; Schröder, B .; Uhrmacher, M .; Weingarten, J .; Willenberg, B .; Vennekate, H. (2012). "Răspunsul unui traductor superlea oscilant la o sursă de căldură asemănătoare". Revizuire fizică Subiecte speciale: acceleratoare și grinzi . 15 (3): 031001. arXiv : 1111.5520 . Bibcode : 2012PhRvS..15c1001Q . doi : 10.1103 / PhysRevSTAB.15.031001 .

Bibliografie