Капицы скачок температуры

КАПИЦЫ СКАЧОК ТЕМПЕРАТУРЫ, явление в жидком гелии, состоящее в том, что при передаче теплоты от твёрдого тела к жидкому гелию (или обратно) на границе раздела возникает разность температур ΔТ; открыто П. Л. Капицей в 1941 году. В дальнейшем было установлено, что Капицы скачок температуры - общее физическое явление при низких температурах, возникающее на границе раздела любых сред при наличии теплового потока через границу из одной среды в другую. Скачок температуры ∆Т = R_kQ = AQ/T³, где Q - плотность теплового потока, Т - абсолютная температура. Коэффициент А зависит от упругости находящихся в контакте веществ и характера обработки поверхности твёрдого тела. Величина R_K = A/T³ называется сопротивлением Капицы или граничным тепловым сопротивлением.

Экспериментально установлено, что на границе отожжённая медь - жидкий ⁴Не при Т = 0,1 К и Q= 10⁻⁴ Вт/м² ска­чок температуры ∆Т = 2,4∙10⁻³ К. Таким образом, R_K =  2,4∙10⁻²/Т³ (м²∙К/Вт). Для других металлов (при тех же условиях) коэффициенты RK имеют близкие значения.

Теоретически показано (И. М. Халатников, 1952), что при низких температурах теплообмен между жидкостью и твёрдым телом обусловлен испусканием и поглощением квантов звуковых колебаний (фононов) на границе раздела этих сред. Из-за сильного различия акустических сопротивлений твёрдого тела и жидкости (разница в тысячу раз) коэффициент прохождения звука из одной среды в другую ничтожно мал: фононы более нагретого твёрдого тела практически полностью отражаются от границы. В результате этого между твёрдым телом и жидкостью возникает конечная разность температур. Капицы скачок температуры препятствует охлаждению тел до сверхнизких температур, что оказывается существенным в рефрижераторах растворения 3Не в 4Не и ступенях ядерного размагничивания (смотри Магнитное охлаждение). Для уменьшения Капицы скачка температуры площадь теплообменников увеличивают до сотен квадратных метров, изготавливая их из блоков спечённого субмикронного металлического порошка.

Лит.: Капица П. Л. Исследование механизма теплопередачи в гелии II // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1941. Т. 11. Вып. 1; Халатников И. М. Гидродинамика гелия // Успехи физических наук. 1956. Т. 60. Вып. 1; Марченко В. И., Паршин А. Я. Капиллярное прохождение звука и аномальный скачок Капицы на границе твердый - жидкий гелий // Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики. 1980. Т. 31. Вып. 12.