Диссипация кинетической энергии камертона, погруженного в сверхтекучий гелий, при различных частотах колебаний

Abstract

Проведено экспериментальное исследование коэффициента сопротивления движению, являющегося характеристикой диссипации энергии при колебаниях камертонов, погруженных в жидкий гелий. Эксперименты выполнены в области температур от 0,1 до 3,5 К, перекрывающей как гидродинамическое течение, так и баллистический режим переноса тепловых возбуждений сверхтекучего гелия ниже 0,6 К. Установлено, что частотная зависимость коэффициента сопротивления имеется в гидродинамическом пределе, когда основным механизмом диссипации является вязкое трение жидкости о стенки колеблющегося тела при температуре выше 0,7 К. В этом случае коэффициент сопротивления пропорционален квадратному корню из частоты колебаний, а его температурная зависимость в Не II определяется соответствующими зависимостями плотности нормальной компоненты и вязкости жидкости. При более низких температурах зависимость коэффициента сопротивления от частоты отсутствует и величина диссипативных потерь определяется только температурной зависимостью плотности нормальной компоненты. В то же время во всем исследуемом диапазоне температур величина диссипативных потерь зависит от геометрических размеров колеблющегося тела.

Проведено експериментальне дослідження коефіцієнта опору руху, що є характеристикою дисипації енергії при коливаннях камертонів, занурених у рідкий гелій. Експерименти виконані в області температур від 0,1 до 3,5 К, що перекриває як гідродинамічний плин, так і балістичний режим переносу теплових порушень надплинного гелію нижче 0,6 К. Установлено, що частотна залежність коефіцієнта опору є в гідродинамічній області, коли основним механізмом дисипації є в’язке тертя рідини об стінки коливного тіла при температурі вище 0,7 К. У цьому випадку коефіцієнт опору пропорційний квадратному кореню із частоти коливань, а його температурна залежність у Не II визначається відповідними залежностями щільності нормальної компоненти й в'язкості рідини. При більш низьких температурах залежність коефіцієнта опору від частоти відсутня, і величина дисипативних втрат визначається тільки температурною залежністю щільності нормальної компоненти. У той же час у всьому досліджуваному діапазоні температур величина дисипативних втрат залежить від геометричних розмірів коливного тіла.

An experimental study is made of the drag coefficient, which is the characteristics of energy dissipation during oscillations of the tuning forks, immersed in liquid helium. The experiments were performed in the temperature range from 0.1 to 3.5 K covering both the range of a hydrodynamic flow, and the ballistic regime of transfer of thermal excitations of superfluid helium below 0.6 K. It is found that there is the frequency dependence of the drag coefficient in the hydrodynamic limit, when the main dissipation mechanism is the viscous friction of the fluid against the walls of the oscillating body at temperatures above 0.7 K. In this case, the drag coefficient is proportional to the square root of the frequency of oscillation, and its temperature dependence in He II is determined by the respective dependence of the normal component density of the normal component and the viscosity of the fluid. At lower temperatures, the dependence of drag coefficient on the frequency is not available, and the magnitude of the dissipative losses is determined only by the temperature dependence of the density of the normal component. At the same time in the entire range of temperatures value of dissipative losses depends on the geometry of the oscillating body.