Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Чистые вещества (элементы] обладают, как правило, более нивками критическими температурами, чем сплавы и соединения. 'Наиболее высокую критическую температуру среди чистых веществ имеет ниобий (Т»=9,М К). Основную даша сверхпроводников составляютсоединения и сплавы. Критические температуры некоторых сверхпроводниковых сплавов я соединений, нашедших применение в технике, представлены в табл. 3.1.
Наряду с отсутствием электрического сопротивления сверхправодиики обладают аномальными магнитными свойствами. Прн помещении сверхпровадиика во внешнее магнитное поле последнее не проникает в глубь сверхпроводящего образца, так как в поверхностном слое вещества индуцируется сверхпроводящий ток, собственное магнитное поле которого противоположно по направлению и равно по абсолютному значеьшо приложенному полю. Это одно из фундаментальных свойств сверхпровадинков носит название эффекта Майснера. Существует, однако, для каждого сверх- проводника некоторое значение напряженности Н» приложенного поля, называемого критическим, при котором сверхпроводимость нарушается и образец переходит в нормальное состояние. Напряженность критического поля зависит от температуры и приближенно описывается формулой Н„(т) = Н, (1 — (7!та)н), (3.1) где Н»--напряженность критического поля при температуре абсолютного нуля.
Все сверхпроводиики делятся иа сверхпроводиикн 1 и 11 рода. Основное различие между ними состоит в нх поведении в магнитном поле. Сверхпроводящее состояние сзерхпрозодникон 1 рода разрушается практически сразу же по достижении магнитным полем критического значения. К сверх- проводникам 1 рода относятся все чистые сверхпроводящне вещества, за исключением ЫЬ. В сннрхнронадяихах Н рода при напряженностях магнитного полн, меньших нижнего значения Н „имеет место эффект Мейснера, т.
е. магнитное поле в толщу образца ие проникает, а при напряженностях больше Н»~ поле проникает в образец в виде пронизывающих его тонких нитей. Между нитями вещество остается сверх- проводящим. При дальнейшем повышении напряженности поля нити сближаются между собой. Прн некотором значении Ню (верхнее критическое поле) образец переходит в нормальное состояние. Таким образом, между значениями Н»~ и Н„г эф- Сзайстаи гелия 223 3 3.2 фект Мейснера отсутствует, а сперхпроволамость сохраняется. К сверхпроводннкам П рода относят сплавы н соединения, а также чистые металлы н виде о «с««ь тонких пленок. Крипшескне значения Н,,г сверхправодянков 11 рода, как правило. зиачнтельно выше, чем у сверхпроваднн«ш«! рода.
Это обстоятельство и делает сверчпрозодинкн !1 рода нанболес пригодными к использованшо пх в технике. Подробное изложение физических основ сверхпроводимости н основные свойства сверхпроводящих материалов приведены в [3, 35). Сверхпроводящке магнитные системы по сравнению с обычнымн облада«ат рядом зна штельных преимуществ. К числу их относятся заметно меньшее потребление энергии вследствие почти полного отсутствия электрического сопротивления, меньшая масса и габаритные размеры устройств зз счет высоких плотностей тока (!О' †-!О» А««м» вместо !0« А)м» в обычных системах), большая стабильность и другие.
Область практического использования сверхпроводимости. В настоящее время в стадии промышленного освоения находятся мощные сверхпроводящие магнитные системы для создания сильных магнитных полей з термоядерных и МГД-установках. Успе«оно решаются научные и технические вопросы создания сверхпроводящих накопителей электрической энергии; лабораторную апробацию проходят образцы генераторов, дви.
гателей, трансформаторов со сверхпроводящими обмотками и сверхпроводящие линии электропередачи; разрабатывается высокоскоростной наземный транспорт на сверхпроводящем магнитном подвесе; прорабатываются вопросы создания быстродействующих элементов счетно-решающих устройств; необыкновенные возможности открываются перед приборостроением. Эти и многие другие примеры практичесного использования явления сверхпроводимости (подробнее о техническом использовании сверхпроводимости см.
[27)) свидетельствуют о том, что в настоящее время сверхпроводимость превращается из объекта научных лабораторных исследований в важнейшую отрасль промышленности, критерием полезности которой является ее экономическая целесообразность. На сегодня едийственным хладоагентом, позволяющим обеспечить необходимый для работы сверхпроводннков температурный уровень, является гелий в жидком или газообразном состояниях.
Использование водорода в качестве хладоагента в системах охла«кдения сверхпроводящих устройств ограничено недостаточно высокими критическими температурамп Т„сверхпроводникав, применяемых в настоящее время в технике (см табл, 3.1). 3.2. СВОЙСТВА ГЕЛИЯ Существуют два природных изотопа гелия 'Не и 'Не. Тяжелый изотоп 'Не имеет яа хшг р г г з Рис. 3.1. Фазовая диаграмма длк гелия 'Не.
атомную массу 4,0039. Легкий гзст:и «Не с атомной массой 3,0017 чрезвыча!н-'> редок. Термин «гелий» обычно относя-. к пзотопу 'Не. При атмосферном давлении гелий кипит при 4,215 К и может существовать в жидкой фазе при температурах, близких к абсолютному нулю. Жидкий гелий имеет две рззлкчнь«е фазы. При температурах от критической точки (Т«»=5,201 К, р«=2274 !О' Па) да так называемой Х-точки (Тх — — 2,!72 К, р х = =0,0504 !О' Па) жидкий гелин обладает всеми свойствами, присущими обычной классической жидкости. При температурах выше ь-точки гелий называется Нг-!, а при понижении температуры ниже Е.точки он переходит в новое состояние, называемое Не-П. С ростом давления температура ).-перехода перемешается в область более низких температур, образуя )...тииию (рис.
3.1). Твердый гелий может быть получен лишь при давлениях выше 25 !О» Па Точка пересечения х-линии с кривой, ограничивающей твердое состояние, характеризуется параметрами Т = 1,753 К и р = 30,127Х Х1 0' Па. Переход Не-! в Не-П через Е.линию происходит без выделения нлн пот'зшения теплоты, т, е. в данном случае илеег место фазовый переход второго роза. Характерной особенностью такого перехода является разрыв первой производной з тальник по температуре. Это означает, что г нг .отарой области температур зависимость удельной теплоемкостп гелия при постоянном давлении от температуры имеет экстремальный характер, т.
е. с»вЂ «-са (рис. 3.2Н Температуру Тх, при которой возникает аномалия, называют й-точкой, 7Кидкий гелий при температурах ниже Л-точки обладает исключ«пельна высокой теплопроводнастью, значителыюк теплаемкостыо и исчезающе малой (например, прн протекании через узкую щель игч капилляр) вязкостью. Одной из о обенкостей Не-П является его довольно высокая сжимаемость. В й-точке плотность гелин макси. мальна, Все эти и некоторые другие специфические свойства Не-П делают ега совершенно непохожим на известные жидкости.
Необычные свойства Не-Н могут быть объ- Теллообмен о элементах соерхлроподлщих систеь< 224 Рззд. 3 Таблица 32 Температура, давление н млатность 'Не, соответствующие )г-линии [62! в Таблица 3.3 Зависимость давления насыщенна паров Не-11 от температуры [63) р10, Па р, кг/м' т. К т, К Р. Пз р, Пэ У, К 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,15 2,182 2,15 2,10 2,05 2,00 1,95 1,90 1,85 1,80 1,763 146,2 150,6 157,6 162,7 166,9 170,5 113,6 176,3 178,8 180,4 0,050 2, 360 6,929 11,052 14,871 18,457 21,830 25,021 28,030 30,127 479,8 758,5 1145 1662 2330 3169 4190 4770 0,03748 0,3038 1,525 5,543 16,00 38,95 83,31 161,0 287,3 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 ' Более палробвые таблицы этих, а также ряда друщх пзраметраз 'Не, соответствующих л-<щввв. мсжва паата в рабатах (В1, 2В). Таблица 34 физические свойства Не-!1 на линни насыщенна [61! Дкнамнчеакая вязкость и <О', Па.п Вторая скар<ють звука сэ.
м/с Первая скоРОсть звука с<, ы/с Отношэине платиастэа Рл/Р Иэабарнэя тспласмкасть с/х Дждкг. К) Эктроока 3, Дж/(кт К) Плотность р, кг/и' темпера. гура Т, К 17,1 16 15,1 14,1 13 12,8 12,8 13,8 14,6 16,5 21,5 другах свойств Не-П 31, Вз1. П Рип э чапая< 1. Зависимость этих, а также дээлеиивх. превышающих давление э Х-точке, см. в (23. 2 Р— плотность вармэлького компонента. 'и 3 Значения и аанмствоззим аз (ВЗ]. ат температуры при 1,2 1,25 1,3 1.35 1,4 1,45 ),5 1,55 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 2,00 2,05 2,15 145,2 145,2 145,2 )45,2 145,3 145,3 145,3 145,3 145,3 145,3 145,4 145,4 145,4 145,5 145,5 ]45,6 145,7 145,8 145,9 )46,0 0,0283 0,0368 0,0472 0,0598 О, 0148 О, 0924 0,1131 0,1369 0,1643 0,1955 0,2310 0,2712 0,3166 0,3677 0„4253 0,4901 0,5632 0,6469 0,7484 0,8856 51,5 63,3 84,3 )ОО,О 131,9 162,3 197,8 238,7 285,5 338,7 399,0 466,8 542,9 627,9 722,8 828,5 946,5 1079,1 1231,6 1416,2 318 408 515 641 786 953 1142 1357 1598 1869 2174 2514 2896 3323 3804 4351 4990 5791 6972 8723 237.4 237,1 236,8 236,5 236,1 235,6 235,2 234,6 234,0 233,4 232,7 231,9 231,0 230,0 228,8 227,4 225,8 224,0 221,8 219,2 18,55 18,78 19,03 19,3 19,58 19,84 20,07 20,25 20,37 20,41 20,36 20,19 19,89 19,43 18,78 17,89 16,69 15,00 12,39 7,99 Свойства гелия 225 $ 3.2 Таблица 3.5 Термодинамические свойства сНе на линии фаэового равновесна жидкость — пар между а-точкой и критвческой точкой [62] ' р.1О-', Пк ю" .1Ог, мг/кг р' 10', мг/кг 1', Дж/кг Г, Дж/кг , 0,06839 0,06842 25 410 0,05034 0,05324 0,05993 0,06715 0,07495 0,08335 0,09239 0,10211 0,11244 0,12348 0,13534 0,14790 0,16117 0,17525 0,19024 0,20594 0,22266 0,24018 0,25862 0,27797 0,29833 0,31970 0,34199 0,36539 0,38980 0,41533 0,44!97 0,46973 0,49870 0,52879 0,55999 0,59250 0,62624 0,66129 0,69755 0,73513 0,77413 0,81445 0,85619 0,89934 0,94391 0,98990 1,013 1,0373 1,0869 1,1376 1,1893 1,2430 1,2987 1,3564 1,4152 1,4759 1,5387 1,6026 1,6694 12 610 12 990 13 400 2,177 2,20 2,25 2,30 2,40 2,45 2,50 2,55 2,60 2,70 2,75 2,80 2,85 2,90 2,95 3,00 3,05 3,10 3,15 3,20 3,25 3,30 3,35 3,40 3,45 3,50 3,55 3,60 3,65 3,70 3.75 3,80 3,85 3,90 3,95 4,05 4,10 4,15 4,Ю 4,224 4,25 4,30 4,35 4,40 4,45 4,50 4,55 4,60 4,65 4,70 4,75 4,80 0,06850 0,06860 О,О68?О 0,06882 0,06894 0,06907.
0,06921 0,06936 0,06952 0,06969 0,06986 0,07004 0,07023 0,07043 0,07064 0,07085 0,07107 0,07130 0,07155 0,07180 0,07205 0,07232 0,07261 0,07290 0,07320 0,07352 0,0?ЗР5 0,074!9 0,07454 0,07492 0,07530 0,07751 0,07613 0,07657 0,07704 0,07?52 0,07803 0,07856 0,07912 0,0797! 0,08001 0,08034 0,08100 0,08169 0,08244 0,08323 0,08407 0,08498 0,08596 0,08702 0,08817 0,08945 0,09086 8,494 8,099 7,327 6,654 6,062 5,540 5,077 4,665 4,297 3,967 3,670 3,402 3,160 2,941 2,741 2,559 2,393 2,241 2,101 1,972 1,854 1,745 1,644 1,550 1,463 1, 382 1,307 1,237 1,171 1,110 1,053 0,999 0,9487 0,9013 0,8567 0,8147 „0,7750 0,7375 0,7021 0,6685 0,6366 0,6063 0,5921 0,5775 0,550! 0,5239 0,4988 0,4749 0,4519 0,4297 0,4084 0,3878 0,3677 0,3483 0,3292 3 276 3 429 3 567 3 695 3 816 3 932 4 045 4!57 4 269 4 382 4 496 4 6!2 4 731 4 851 4975 5 102 5 231 5 364 5 501 5 640 5 783 5 930 б 081 6 235 6 393 6 555 6 722 6 893 7 068 7 247 7 432 7 621 7 816 8 061 8 221 8 433 8 650 8 874 9 105 9 343 9 588 9 711 9 842 10 100 1О 370 1О 660 10 950 1! 250 11 570 1! 900 12 240 25 410 25 510 25 710 25 910 26 110 26 300 26 490 26 680 26 860 27 040 27 210 27 380 27 550 27710 27 870 28 030 28 180 28 330 28 470 286!0 28 740 28 870 28 990 29 !!О 29 220 29 320 29 430 29 520 29 ИО 29 690 29 770 29 840 29 910 29 960 30 020 30 060 30 090 30 120 30 140 30 150 30 150 30 140 30 130 30 120 30 080 30 040 29 980 29 900 29 810 29 710 29 580 29 430 29 250 29040 28 800 Равд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
