Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика" -> 163

Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика — Физматлит, 1986. — 426 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykursfizikit5chast1atomnayafizika1986.pdf
Предыдущая << 1 .. 157 158 159 160 161 162 < 163 > 164 165 166 167 168 169 .. 179 >> Следующая

СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ. ОПЫТНЫЕ ФАКТЫ
383
Р с ш е н и е Все дело в том, что в этом рассуждении не учтено перераспределение электронов по возможным состояниям зоны при наложении электрического поля. На рис. 108 изображен участок дисперсионной кривой для рассматриваемого кристалла. При отсутствии внешнего поля пунктирная горизонтальная прямая АВ отсекает от этой кривой верхнюю часть, не заполненную электронами. В заполненных же частях столько же электронов движется направо, сколько и налево. Поэтому ток через кристалл не идет. При наложении электрического поля на электрон начинает действовать сила F = еЕ, направленная противоположно Е, так как заряд электрона отрицательный.
Для конкретности примем, что поле направлено налево, а следовательно, сила направо. В соответствии с (59.16) импульсы электронов справа по абсолютной величине должны увеличиваться а слева уменьшаться. Это значит, что конец В незаполненного участка дис персионной кривой должен опускаться, переходя в В', а конец А подниматься, переходя в А'. Скорость электронов направлена против р, т. е. на нашем рисунке в левой половине направо, а в правой налево. Но в левой половине электронов больше, чем в правой. Поэтому через кристалл поток электронов будет идти слева направо, т. е. в направлении действующей силы F (или против поля Е) Такой ток будет разряжать, а не заряжать батарею.
Аналогичное рассуждение можно провести и в том случае, когда электронами заполнена небольшая нижняя часть зоны проводимости.
§ 60. Сверхтекучесть. Опытные факты
1. Кристаллизация (затвердевание) вещества происходит под действием сил притяжения между атомами (молекулами). Ей препятствует беспорядочное движение этих частиц. С классической точки зрения это движение только тепловое и полностью прекращается при абсолютном нуле температур. Поэтому с этой точки зрения при приближении к абсолютному нулю всякое вещество в конце концов должно перейти в твердое состояние. Не совсем так обстоит дело с точки зрения квантовой механики. Помимо теплового движения атомы совершают нулевые колебания, не прекращающиеся и при температуре абсолютного нуля. Их частота со (а с ней и нулевая энергия Йсо/2) тем больше, чем меньше масса атома (со ~ 1 /л/т)- Если силы притяжения между атомами недостаточны, чтобы противостоять нулевым колебаниям, то даже при температуре абсолютного нуля тело не перейдет в твердое состояние, а останется жидким, если только давление не очень велико. Именно так обстоит дело с гелием. Причина этого двоякая. Во-первых, из всех инертных газов массы атомов гелия минимальны. Во-вторых, инертные газы имеют замкнутые (застроенные) наружные оболочки, характеризующиеся сферической симметрией. Такова и единственная /(-оболочка атома гелия, состоящая всего из двух электронов. Из-за этого силы притяжения между атомами Не относительно слабы, а плотность жидкого гелия мала (при температуре
384
МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
[ГЛ. VII
2,20 К и давлении насыщенных паров она равна около
0,146 г/см3). Поэтому при нормальном давлении гелий остается жидким и при температуре абсолютного нуля. В этом прежде всего проявляются квантовые свойства жидкого гелия, благодаря чему его называют квантовой жидкостью. Из всех известных веществ свойством оставаться жидким вплоть до температуры абсолютного нуля обладает только гелий. Но гелий можно получить и в твердом состоянии. Для этого надо повысить внешнее давление до 25,3 атм или выше. Повышение давления как бы эквивалентно усилению сил притяжения между атомами гелия.
Существуют два стабильных изотопа гелия—j>He и гНе-В воздухе содержится 0,0005 % Не по объему. Природный гелий состоит почти исключительнр из гНе и содержит только ничтожную часть гНе. Например, в смеси с гНе, полученной из воздуха, компонент 2Не составляет всего 10~7 % общей массы газа. Детальное изучение свойств гНе стало возможным лишь после получения его в макроскопических количествах искус-ственными способами. Образуется 2Не в результате р-распада трития:
3Н -> 3Не + е“.
Сам же тритий ?Н получают с помощью другой ядерной реакции:
6Li + Jn->3H + 42He,
происходящей при бомбардировке ядер зЬі нейтронами. Существуют и другие ядерные реакции, в которых выделяется гНе.
2. Ожижение природного гелия было произведено в 1908 г. Камерлинг-Оннесом (1853—1926) в Лейденской лаборатории. Только после этого открылась возможность исследования свойств веществ вблизи абсолютного нуля температур. Критическая температура 2Не составляет 7’к = 5,25К, так что в жидком состоянии он может существовать только ниже этой температуры. Под давлением в 1 атм 2Не кипит при температуре 4,21 К. Еще более нйзкую критическую температуру (3,35 К) имеет более
3 3
легкий изотоп Ше. Под давлением в 1 атм жидкий 2Не кипит при температуре 3,195 К. Естественный гелий был получен в твердом состоянии в 1926 г. Кеезомом (1876—1956), сменившим Камерлинг-Оннеса (после его смерти) на посту директора Лейденской лаборатории. Для получения твердого гелия при абсолютном нуле температур требуется давление не менее 25,3 атм, а при 60 К — порядка 10 000 атм. Твердый гелий — совершенно прозрачное и бесцветное вещество. В дальнейшем, где говорится о свойствах жидкого гелия, имеется в виду тяжелый изотоп гНе.
Предыдущая << 1 .. 157 158 159 160 161 162 < 163 > 164 165 166 167 168 169 .. 179 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed