بررسی خواص هلیوم مایع و خاصیت ابرشارگی

در این پایان نامه خواص هلیوم مایع را بررسی می کنیم. هلیوم مایع را به صورت گاز در نظر می گیریم و با استفاده از آمار مکانیک کوآنتومی یا به عبارتی مکانیک آماری خواص ترمودینامیکی و همچنین کمیات ترمودینامیکی از قبیل دما، فشار، ظرفیت گرمایی و آنتروپی را بدست می آوریم. پس از آن با استفاده آمار بوزاینشتین مدلهای روتونی و فونونی را پیشنهاد می کنیم. این مدلها سبب می شوند تا بتوان خواص ویژه هلیوم مایع ii که ترکیبی از مایع معمولی و ابرشاره است ، را مورد مطالعه قرار داد. در دستگاه بوز کامل از بر هم کنش بین ذرات چشم پوشی می شود اما در واقع باید نیروی واندروالس بین ذرات را در نظر گرفت زیرا نیروی واندروالس بین ذرات دستگاه بوز را تغییر میدهد و در واقع برای تصحیح گاز کامل این نیرو دخیل است . بهمین منظور در فصل سوم با استفاده از روش شبه پتانسیل کمیات ترمودینامیکی دستگاه بوز حقیقی را بدست می آوریم. این کمیات را با کمیات بدست آمده از طریق مدل مکانیک آماری مقایسه میکنیم. هر موجی از نوع f, d, p, s و ... شبه پتانسیل مربوط به خود را داراست . در این فصل حضور تاثیرات شبه پتانسیل مربوط به موج p را در این تصحیحات وارد می کنیم یعنی ابتداد شبه پتانسیل مربوط به موج p را بصورت اختلال در نظر میگیریم و تصحیح انرژی این دستگاه را بدست می آوریم. با در نظر گرفتن این تصحیحات کمیات ترمودینامیکی دستگاه بوز حقیقی را بدست می آوریم مشاهده می شود که در دمای صفر مطلق فشار دستگاه بوز حقیقی بر خلاف گاز بوز ایده آل مخالف صفر است که این خود دلیلی است بر اینکه چرا هلیوم تا دمای صفر مطلق به صورت مایع باقی می ماند. با توجه به آنکه انتشار امواج در هلیوم ii دارای ویژگیهای خاصی است در آخر بمطالعه این امواج می پردازیم. در هلیوم ii نه تنها امواج ایستاده حاصل از تغییرات فشار انتشار می یابند بلکه تغییرات دما سبب نوع جدیدی از امواج ایستاده میشود که در نوع خود جالب توجه است . علاوه بر انتشار صوت معمولی صورتهای دیگر صوت هم در هلیوم ii منتشر می شوند. این صوتها به صوتهای دوم، سوم و چهارم معروفند. با آزمایشهای تجربی خصوصیات هلیوم ii را می توان بررسی کرد. این بررسی در فصل چهارم آمده است : کشف خواص ابرشارگی، صفر بودن انتروپی ابرشاره، کشف صوتهای دوم، سوم و چهارم، اثر مکانوگرمایی، اثر گرما مکانیکی یا فواره ای، نظریه دو شاره ای هلیوم ii، چگونگی هدایت گرمایی در هلیوم ii. در ادامه فصل چهارم با استفاده از ساختار اتمی هلیوم مایع شکل ریاضی چگالی هلیوم مایع را با برازش نمودن بدست می آوریم و سرانجام انرژی پتانسیل دستگاه را با استفاده از روش مونت کارلو حساب می کنیم.