Особенности перехода к турбулентности в сверхтекучем 4Не при низких температурах

Анотація

Проведено экспериментальное исследование кинетических и диссипативных процессов в Не II с помощью колеблющегося пьезокварцевого резонатора (камертона), погруженного в жидкость. Измерялся электрический отклик камертона вблизи его резонансной частоты при различных возбуждающих напряжениях в области температур от 0,1 К до 4,2 К. Измеренные значения полуширины резонансных кривых позволили определить вязкость нормальной компоненты Не II в широкой области температур. Обнаружен максимум эффективной вязкости при температуре ~ 0,5 К, который связан с переходом от гидродинамического режима к баллистическому режиму в фононном газе Не II. Установлено, что при малых скоростях колебаний камертона наблюдается линейная зависимость скорости колебания от возбуждающей силы, что соответствует ламинарному течению жидкости в пограничном слое вблизи колеблющейся поверхности. При этом основной диссипативный процесс связан с вязкостью нормальной компоненты. Оценена толщина пограничного слоя вблизи поверхности колеблющегося камертона. При больших скоростях колебания камертона были обнаружены изломы на зависимости электрического отклика от возбуждающего напряжения, свидетельствующие о переходе к нелинейному характеру течения. При низких температурах этот режим сопровождался появлением на резонансных кривых плоских участков вблизи максимума. Такое поведение можно объяснить переходом от ламинарного к турбулентному течению жидкости, что также сопровождается появлением дополнительной диссипации, связанной с рождением квантованных вихрей. Определена критическая скорость перехода к турбулентному режиму, температурная зависимость которой качественно согласуется с измерениями, проведенными ранее с колеблющимися телами другой формы.