Исследования кинетических процессов в концентрированном растворе ³Не–⁴Не методом колеблющегося камертона

Abstract

В области температур 0,5–2,3 К исследованы диссипативные процессы, вызывающие затухание колебаний кварцевого камертона, погруженного в раствор ³Не в ⁴Не, содержащий 15% ³Не. В эксперименте в ламинарной области течения жидкости получены резонансные кривые камертонов, ширина которых определяется характером диссипативных процессов. Исследованы камертоны с резонансной частотой 32 кГц, находящиеся внутри заводской колбы («закрытые») и камертоны без колбы («открытые»). Результаты эксперимента сопоставляются с имеющимися теоретическими рассмотрениями. Установлено, что в растворе, в отличие от чистого ⁴Не, существенный вклад в затухание колебаний камертона вносит излучение второго звука, которое при низких температурах превышает вклад вязкостной диссипации. Излучение первого звука не вносит вклад в затухание колебаний «закрытого» камертона из-за малого размера ячейки по сравнению с длиной волны. В случае «открытого» камертона затухание определяется тремя процессами: вязкостной диссипацией и излучением первого и второго звуков .

В області температур 0,5–2,3 К проведено аналіз дисипативних процесів, які викликають згасання коливань кварцового камертона, зануреного в розчин ³Не в ⁴Не, що містить 15% ³Не. В експерименті в ламінарній області течії рідини було виміряно резонансні криві камертонів, ширина яких визначається характером дисипативних процесів. Досліджено камертони з резонансною частотою 32 кГц, які знаходяться всередині заводської колби («закриті») і камертони без колби («відкриті»). Результати експерименту порівнюються з наявними теоретичними розглядами. Встановлено, що в розчині, на відміну від чистого ⁴Не, істотний внесок у згасання коливань камертона вносить випромінювання другого звуку, яке при низьких температурах перевищує внесок в'язкісної дисипації. Випромінювання першого звуку не вносить вкладу в згасання коливань «закритого» камертона через малий розмір комірки в порівнянні з довжиною хвилі. У разі «відкритого» камертона згасання визначається трьома процесами: в'язкіснодисипацією та випромінюванням першого та другого звуків.

The dissipative processes that cause the damping of oscillations of a quartz tuning fork immersed in the solution of a ³He in ⁴He with ³He concentration of 15% are analyzed in the temperature range 0.5–2.3 K. The resonance curves of tuning forks were measured in the laminar flow region of the liquid. The width of these curves is determined by the character of the dissipative processes. The quartz tuning forks with a resonance frequency of 32 kHz in the encapsulating can (“closed”) and without if (“open”) have been investigated. The experimental results are compared with available theoretical considerations. It is found that a significant contribution to the damping of oscillations of the tuning fork in the solution is from the second sound radiation which contribution exceeds that of viscous dissipation at low temperatures. This effeсt is not observed in pure ⁴He. The radiation of the first sound does not contribute to the damping of oscillations of the “closed” fork because of a small size of the cell compared to the sound wavelength. In the case of the “open” fork the damping is determined by three processes, namely, by viscous dissipation and radiation of the first and the second sounds.