Druhý zvuk označuje vlnivý přenos tepla v supratekutinách. Jedná se o jev analogický standardnímu zvuku (ten je v kontextu supratekutin označován také jako první zvuk). Zatímco standardní (první) zvuk se projevuje periodickými změnami tlaku a hustoty, při šíření druhého zvuku zůstávají hustota i tlak v supratekutině prakticky neměnné. Jedná se vlastně o přenos tepla uvnitř supratekutiny, ale tento tepelný přenos se na rozdíl od klasických materiálů neodehrává difuzí, ale pomocí vibrací v látce (fononů).
První i druhý zvuk se šíří rozdílnými rychlostmi, přičemž platí, že druhému zvuku přísluší menší rychlost. Poměr těchto dvou rychlostí významně závisí na teplotě. Poprvé byl druhý zvuk pozorován roku 1944 Vasilijem Pěškovem na Kapicově institutu.
Vznik Druhý zvuk nelze vysvětlit pomocí klasické mechaniky, ale je možno ho uspokojivě vysvětlit pomocí dvousložkového modelu pro supratekutiny. Ve druhém zvuku, na rozdíl od standardního zvuku, nedochází k lokálním změnám tlaku. Jedná se o vlnění složené z oblastí s rozdílnou teplotou a entropií. Existence druhého zvuku je umožněna faktem, že se supratekutina skládá ze dvou složek: normální složka s hustotou a supratekutá složka o hustotě . Celková hustota supratekutiny je pak jejich součtem.
Zastoupení obou složek silně závisí na teplotě a může se významně měnit. Druhý zvuk místo periodických změn tlaku způsobuje periodické změny zastoupení supratekuté a normální složky. Na rozdíl od prvního zvuku se tak čistě z teoretického hlediska může šířit i v dokonale nestlačitelné (supra)kapalině.
V supratekutině nemají vzájemné kolize mezi částicemi dobrý smysl, a proto difuze v klasickém smyslu přestává existovat. Teplo se pak přenáší pomocí vibrací. Vibrace podle jejich disperzní relace rozlišujeme na fonony a rotony. Každý z těchto typů je zodpovědný za chování druhého zvuku v jiném oboru teplot. Fonony převládají při teplotách pod 0,6 K zatímco rotony při těch vyšších. Tento druh přenosu tepla bez difuze je také zodpovědný za obrovskou tepelnou vodivost supratekutin.
Pozorování Mějme nádobu se supratekutým heliem, v níž je umístěn odporový drát. Pokud je skrz drát puštěn malý střídavý proud o frekvenci , drát se začne periodicky ohřívat. Jakmile se drát ohřeje, supratekutina díky své obrovské tepelné vodivosti přebytečné teplo rychle odvede a drát tak rychle zchladí. Tím vznikne v supratekutině tepelná vlna, kterou lze pozorovat například pomocí teploměru ponořeného v jiné části nádoby. Vzniklý druhý zvuk bude mít frekvenci , protože proud teče tam i zpět, při jeho průchodu se tak drát ohřeje během jedné periody dvakrát.
Vlastnosti Pomocí termodynamiky a pohybových rovnic pro suprakapalinu lze odvodit rovnici teploty, která má stejný tvar jako vlnová rovnice. V tomto případě jsou tak popisovány tepelné vlny. Kagan, str. 18 Z vlnové rovnice lze stejně jako v klasickém případě přímo vyčíst rychlost šíření vln. Rychlost druhého zvuku se obvykle značí .
Pro teploty pod 0,5 K platí pro poměr rychlostí prvního a druhého zvuku Kagan, str. 19 Pro vyšší teploty je poměr rychlostí o dost nižší, přičemž v okolí lambda bodu se blíží nule. Toto limitní chování lze získat ze vztahu pro , kde stačí jen dosadit nulovou hustotu supratekuté složky .
Odkazy
Poznámky
Reference
Literatura
Související články
supratekutost
Kategorie:Supratekutost