Pomerantschuk-Effekt: Unterschied zwischen den Versionen
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Der '''Pomerantschuk-Effekt''' (nach dem russischen Physiker [[Isaak Jakowlewitsch Pomerantschuk|Isaak Pomerantschuk]]<ref>{{Literatur|Autor=Isaak Pomerantschuk|Titel=On the theory of liquid 3 He|Sammelwerk=Zh. Eksp. Teor. Fiz.|Datum=1950|Band=20|Nummer=919}}</ref>) ist eine [[Kompressionskältemaschine|Kompressionskühlung]] entlang der <sup>3</sup>[[Helium|He]]-[[Schmelzkurve]] infolge einer [[Dichteanomalie]]. | |||
Der '''Pomerantschuk-Effekt''' (nach dem russischen Physiker [[Isaak Jakowlewitsch Pomerantschuk|Isaak Pomerantschuk]]) ist eine [[Kompressionskältemaschine|Kompressionskühlung]] entlang der <sup>3</sup>[[Helium|He]]-[[Schmelzkurve]] infolge einer [[Dichteanomalie]]. | |||
Flüssiges <sup>3</sup>He kann ''unterhalb'' von etwa ''T'' = 0,3 [[Kelvin|K]] (= −272,85 °C) durch [[Wärme]]<nowiki />''zufuhr'' [[Erstarren|fest werden]] (positive [[Erstarrungswärme]], normalerweise negativ). Die dazu nötige Wärme wird dem umliegenden System entzogen, z. B. durch [[adiabatisch]]e [[Kompressionsmodul|Kompression]], es wird gekühlt, daher die Bezeichnung Kompressionskühlung. (Bei herkömmlichen Flüssigkeiten ohne Anomalie oder auch bei <sup>3</sup>He oberhalb von 0,3 K führt eine Kompression dagegen zu einer Erwärmung.) | Flüssiges <sup>3</sup>He kann ''unterhalb'' von etwa ''T'' = 0,3 [[Kelvin|K]] (= −272,85 °C) durch [[Wärme]]<nowiki />''zufuhr'' [[Erstarren|fest werden]] (positive [[Erstarrungswärme]], normalerweise negativ). Die dazu nötige Wärme wird dem umliegenden System entzogen, z. B. durch [[adiabatisch]]e [[Kompressionsmodul|Kompression]], es wird gekühlt, daher die Bezeichnung Kompressionskühlung. (Bei herkömmlichen Flüssigkeiten ohne Anomalie oder auch bei <sup>3</sup>He oberhalb von 0,3 K führt eine Kompression dagegen zu einer Erwärmung.) | ||
[[Datei:Phasendiagramm He3log. | [[Datei:Phasendiagramm He3log-en.svg|mini| p-T-Diagramm von <sup>3</sup>He<br />([[Logarithmische Skala|logarithmische Temperaturskala]]);<br />die Schmelzkurve ist die Grenze zwischen Feststoff (''solid'') und normaler Flüssigkeit (''normal liquid'')]] | ||
Der Pomerantschuk-Effekt beruht darauf, dass die [[Steigung]] der Schmelzkurve von <sup>3</sup>He im [[p-T-Diagramm]] ([[Druck (Physik)|Druck]], [[Temperatur]]) bei ''T'' < 0,3 K negativ ist: | Der Pomerantschuk-Effekt beruht darauf, dass die [[Steigung]] der Schmelzkurve von <sup>3</sup>He im [[p-T-Diagramm]] ([[Druck (Physik)|Druck]], [[Temperatur]]) bei ''T'' < 0,3 K negativ ist: | ||
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Aktuelle Version vom 8. Januar 2021, 00:59 Uhr
Der Pomerantschuk-Effekt (nach dem russischen Physiker Isaak Pomerantschuk[1]) ist eine Kompressionskühlung entlang der 3He-Schmelzkurve infolge einer Dichteanomalie.
Flüssiges 3He kann unterhalb von etwa T = 0,3 K (= −272,85 °C) durch Wärmezufuhr fest werden (positive Erstarrungswärme, normalerweise negativ). Die dazu nötige Wärme wird dem umliegenden System entzogen, z. B. durch adiabatische Kompression, es wird gekühlt, daher die Bezeichnung Kompressionskühlung. (Bei herkömmlichen Flüssigkeiten ohne Anomalie oder auch bei 3He oberhalb von 0,3 K führt eine Kompression dagegen zu einer Erwärmung.)
Der Pomerantschuk-Effekt beruht darauf, dass die Steigung der Schmelzkurve von 3He im p-T-Diagramm (Druck, Temperatur) bei T < 0,3 K negativ ist:
- $ {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}<0 $
Aus der Clapeyron-Gleichung
- $ {\frac {\mathrm {d} p}{\mathrm {d} T}}={\frac {\Delta s}{\Delta v}} $
mit
- $ \Delta s $ – Änderung der Entropie beim Phasenübergang
- $ \Delta v $ – Änderung des Volumens
folgt
- $ \Rightarrow {\frac {s_{\text{fl}}-s_{\text{fest}}}{v_{\text{fl}}-v_{\text{fest}}}}<0 $
und mit
- $ v_{\mathrm {fl} }>v_{\text{fest}} $
folgt
- $ \Rightarrow s_{\text{fl}}<s_{\text{fest}} $
d. h. die feste Phase von 3He hat bei T < 0,3 K eine höhere Entropie als flüssiges 3He (normalerweise ist es umgekehrt).
Einzelnachweise
- ↑ Isaak Pomerantschuk: On the theory of liquid 3 He. In: Zh. Eksp. Teor. Fiz. Band 20, Nr. 919, 1950.