بررسی تولید و انگیزش اپتواکوستیکی صوتهای اول و دوم در هلیوم چهار ابرشاره با در نظر گرفتن سازوکار الکترواستریکشن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

دانشگاه فرهنگیان- مربی

چکیده

در این مقاله از یک روش اپتواکوستیکی برای تولید صوتهای اول ودوم در هلیوم چهار ابرشاره استفاده شده است . با استفاده از معادلات هیدرو دینامیک خطی و انجام محاسبات عددی به دو معادله موجی مربوط به نوسانات فشار و دما نسبت به زمان می رسیم و دو سازوکار دمایی و الکترواستریکشن را در این معادلات مشاهده می کنیم. در این مقاله بررسی ها به قسمت های شفاف هلیوم چهار ابرشاره معطوف می باشد. در این قسمت ضریب جذب اپتیکی β بسیار ناچیز می باشد در این قسمت نور ورودی جذب نمی شود بلکه عبور میکند و تنها سازوکار غالب سازوکار الکترواستریکشن می باشد . در این مقاله دو صوت مورد بررسی قرار می گیرد صوت اول که انتشار ارتعاشات فشار و صوت دوم که انتشار ارتعاشات دما در هلیوم چهار ابرشاره می باشند. بعد از تولید معادلات موجی ، نور لیزر را به شکل یک موج پیوسته بر هلیوم چهارابرشاره وارد کرده ، نتایج آن را که تولید صوتهای عادی و سریع حرکت و آرام حرکت می باشند ، مشاهده می کنیم. همچنین با کاهش دامنه شعاعی پرتو لیزر، دامنه ارتعاشات فشار و دما در هلیوم چهار ابرشاره افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Study of Optoacoustic Excitation and Generation of First and Second Sound Waves in Superfluid Helium4 Considering Electrostriction Mechanism

نویسنده [English]

  • Leyla Safaei Kouchaksaraei
Farhangian University-Instructor
چکیده [English]

The present paper applies an optoacoustic method for generation of the first and second sound waves in superfluid helium4. Two wave equations related to pressure and temperature vibrations in time unit are concluded using linear hydrodynamic equations and conducting numeral calculations, and two thermal and electrostriction mechanism are observed. Analyses incurred in this paper are related to crystal parts of superfluid helium. Absorption coefficient of these crystal parts is nearly zero, and the only dominant mechanism is electrostriction one. Two sound waves are studied including first sound wave that is propagation of pressure vibrations and second sound wave that is propagation of temperature vibration in superfluid helium4. We shine laser light in the form of a continuous wave on superfluid helium4 after generating wave equations, and observe generation normal first and second sound waves and fast and slow sound waves in superfluid helium4.We Also observed that reducing of the laser beam radius amplitude (w), increases the pressure and temperature vibrations amplitude in superfluid helium4.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sound
  • Superfluid helium
  • Electrostriction mechanism
  • Wave equations

[1] P. Kapitsa, Viscosity of Liquid Helium below the l-Point, Nature 141 (1938) 74. 

 

[2] J. Allen, A.D. Misener, Flow Phenomena in Liquid Helium II, Nature 142 (1938) 643.

 

[3] P. Frank, Matter and Methods at Low Temperatures, Springer, 2nd Edition, Berlin, (1992) 20-30.

[4] H.E. Hall, W.F. Vinen, The Rotation of Liquid Helium II. II. The Theory of Mutual Friction in Uniformly Rotating Helium II, Proceedings of the Royal Society A Mathematical, Physical and Engineering Sciences 238 (1956) 215.

[5] G. Rayfield, F. Reif, Quantized Vortex Rings in Superfluid Helium, Physical Review136 (1964) 1194.

[6] R.E. Packard, Vortex photography in liquid Helium, Physica B+C, 109-110 (1982) 1474-1484.

[7]O. Avenel, E. Varoquaux, Observation of Singly Quantized Dissipation Events Obeying the Josephson Frequency Relation in the Critical Flow of Superfluid He4 through an Aperture, Physical Review Letters 55 (1985) 2704-2707.

 [8] P. Frank, Matter and Methods at Low Temperatures, Springer 2nd Edition, Berlin, (1996) 16.

[9] Putterman, J. Seth, Superfluid Hydrodynamics, North–Holland, (1974).

[10] K. R. Atkins, Third and Fourth Sound in Liquid Helium II, Physical. Review Letters 113 4 (1959) 962-965.

 

[11] G.A. Williams, R. Rosenbaum and I. Rudnik, Fifth sound in superfluid 4He and 3He-4He Mixtures, Physical Review Letters 42 19 (1959) 1282-1285.

 [12] R. Schafer and T. Fliessbach, The two-fluid model with superfluid entropy, Springer link, Nuovo Cim 16 4 (1994) 373-390.

 

 [13] J.S. Brooks, R.J. Donnelly, The Calculated Thermodynamic Properties of Superfluid Helium-4, Journal of Physical Chemistry 6 1 (1977) 51-101.

[14] L.S. Kouchaksaraei, The Study of Optoacoustic First and Second Sound  Waves in Superfluid Helium under the Effect of Gaussian Laser Light Considering Electrostriction Mechanism, Journal of Modern Physics 6 (2015) 855-862.

[15] L.S. Kouchaksaraei, Rectangular Laser Light Effects on Optoacoustic Waves of First and Second Sounds in Superfluid Helium Considering Electrostrictive Mechanism, International Journal of Engineering Innovations and Research 4 3 (2015) 390-397.

 

[16] Л.Д Ландау и Е.М Лифшиц , Гидродинамика, М.:Наука, (1986) 733. (L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Hydrodynamics M: Science (1986) 733).

[17] О.Ш. Одилов, Лазерная оптоакустическая спектроскопия сверхтекучего гелия, Диссертация на соискание ученной степени кандидата физико-математических наук.,  ТНУ,  Душанбе, (2010) 135. (O.Sh. Odilov, Thesis for the Degree of Candidate of Physical and Mathematical Sciences. Laser Optoacoustic Spectroscopy of Superfluid Helium, TNU, Dushanbe, (2010) 135).

[18] Т.Х. Салихов, Асосҳои назариявии оптоакустика лазер, Душанбе, (2001) 14-17. (T.Kh. Salikhov, Theoretical Bases of Laser Optoacoustics,Dushanbe, (2001) 14-17.)

[19] С.Ф. Ледяев, элементы теории функций комплексной переменной и теории вероятностей, (Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет), Севастополь: Изд-во СевНТУ, (2011) 60. (S.F. Ledyaev, Elements of the Theory of Complex Functions and Probability Theory, (The Ministry of Education and Science of Ukraine Sevastopol National Technical University), (2011) 600).

[20] А.Б. Балакин, Три лекции по теории функций бесселя, Учебно-методическое пособие к курсу, Методы математической физики. Специальныефункции, (2009). (A.B. Balakin, Three Lectures on the Theory of Bessel Functions, Teaching Manual for the Course, Methods of Mathematical Physics. SpecialFunctions, (2009)).

[21] Б.Н. Есельсон, В.Г. Григорьев, Э.Я. Иванцов и Рудавский, Свойства жидкого и твердого гелия, М: Из.-во Стандартов,(1978) 128. (B.N. Esel'son, V.G. Grigoriev, E.YA. Ivantsov, Rudavskii,Properties of Liquid and Solid Helium, M: Iz. of Standards (1978) 128.