Szuperfolyékonyság - egy csodálatos tulajdonsága a folyékony hélium
Szuperfolyékonyság - egy csodálatos tulajdonsága a folyékony hélium
Hélium - az egyetlen elem, amely légköri nyomáson nem változik, hogy a szilárd állapotba, de továbbra is folyékony még megközelítő hőmérsékleten abszolút nulla.
Hélium - inert gáz, miután a második hidrogénatom mértékétől prevalenciája az univerzumban. A legelterjedtebb izotóp hélium-4. A fő, 2 proton és 2 neutron. Belőle áll szinte az összes hélium előforduló légkörben. 99.999863% -a hélium a Földön - ez a hélium-4. A második ismert izotóp hélium - hélium-3. melynek magja áll, 2 proton és egy neutron. Ő tartozik 0.000137% légköri hélium.
Ez az első alkalom, folyékony hélium kapott 1908-ban egy holland kémikus és fizikus Heike Kamerlingh Onnes, mielőtt ezt a kísérleti növényeket a gázok cseppfolyósítását. Ezen beállítás, képes volt lefordítani egy folyékony állapotban az oxigént, és a 1906-ban kapott folyékony hidrogén.
1922-ben, a kísérletek végrehajtása, a tudósok megállapították, hogy azok öntjük egy kémcsőben, folyékony hélium magát a tartály fala és kifolyik. Letette a csövet fürdő héliummal töltött. Hélium folyt mindaddig, amíg annak mértéke nem a par a szint a hélium fürdőt. Ha a szint a hélium a fürdőben volt alacsonyabb, mint a tényleges cső, hélium folyt minden. Meglepő módon, a folyékony hélium tud áramlani a megtöltött őket egy teljesen üres főzőpohárba, belemerül a tartályba, akkor is, ha a tetején a csésze felett található a folyadék szintje. És ez a folyamat fog történni addig, amíg azok szintje nem egyenlő.
Mindezen jelenségek kapcsolódnak az izotóp hélium-4. Megmagyarázni a természet csak miután a szovjet fizikus, akadémikus Petr Leonidovich Kapitsa felfedezett szuperfolyékonyság jelenség, és más prominens szovjet fizikus, Lev Davidovich Landau létre az elmélet szuperfolyékonyság.
A szuperfolyékony hélium
Ez a csodálatos hélium
Minél alacsonyabb a hőmérséklet a termék válik, minél kisebb a sebessége a véletlenszerű mozgás részecskéket. Amikor a hőmérséklet megközelíti az abszolút nulla összes szervezeteknek meg kell megszilárdulni. És jön az összes felhasznált anyag, de nem a folyékony hélium. Ez a feltűnő elem helyett viszont egy szilárd test, hirtelen elkezd viselkednek szokatlanul, ha a hőmérséklete alacsonyabb lesz, mint 2,17 K (-271 ° C). Vele csak csodák történnek. Ha takarja cső héliummal, akkor egy idő után az üres lesz. Hélium hagyja, növekvő belső fala mentén. Nem számít, milyen magas ez a cső. Úgy tűnik, ezen a hőmérsékleten, a folyékony hélium teljesen elveszti viszkozitását, súrlódás eltűnik, és ez lesz a szuperfolyékony.
Ez a szokatlan tulajdonsága hélium kísérletileg létre 1938-ban a szovjet fizikus, akadémikus Piotr Leonidovich Kapitsa. Folyékony hélium tulajdonságokkal rendelkező folyékony hőmérsékletre 2,17 K, nevezte hélium-I, egy új szuperfolyadék hélium - hélium-II. A Tƛ hőmérséklet = 2,17 K hívták lambda pont.
Pyotr Leonidovich Kapitsa
Folyékony hélium-én a következő tulajdonságokkal rendelkezik közös folyadékok és semmi különös. Bár a viszkozitása, mint a viszkozitása más folyadékok kicsi volt (körülbelül 500-szor kisebb, mint a víz viszkozitása), még mindig lehet mérni. A hélium-II nem létezik.
Az ő tapasztalata tudós hiányzott a folyékony hélium repedésein keresztül olyan vékonyak, hogy még egy ilyen folyékony anyag, mint a víz, alig lehetett szivárog át őket sok éven át. Alig észrevehető mennyiségű hélium-én sikerült átjutni a szakadék rövidebb idő alatt. De hatalmas képest hélium-én mennyiségű hélium-II kiömlött résén keresztül néhány másodperc alatt. Így fedezték fel szuperfolyékonyság.
Szuperfolyékonyság anyag azon képességére utal, hogy elveszítik a viszkozitás és képessé folyni súrlódás nélkül át a keskeny rés és a hajszálerek. Szuperfolyékonyság akkor történik, amikor a hőmérséklet megközelíti az abszolút nulla.
A kétfolyadékos modell hélium-II
Lev Davidovich Landau
1941-ben Landau akadémikus azt javasolta, hogy van két komponens gelii- II: normál és szuperfolyékony. A T = Tƛ (2,17 K), a folyékony hélium atomok kezdenek tulajdonságait mutatják fotonok, azaz folyékony hélium válik kvantum folyadék. hélium-4 részecskék bozonok (részecskék egész centrifugálás). Ezek alkotnak egyfajta Bose kondenzáció. Ennélfogva, a képesség, hogy áramlási súrlódás nélkül. De ellentétben a Bose kondenzáció gelii- II konzervált közötti kölcsönhatás atomok. Normál folyékony hélium komponens fotonok és rotons. Ez hordozza energia és a mozgás a folyékony rétegek zajlik súrlódás.
Amikor a hőmérséklet megközelíti az abszolút nulla szabad energia kisebb lesz. Az abszolút nulla, akkor nem is létezik. Ezért a hélium válik szuperfolyékony. A T ˃ Tƛ szuperfolyadék tulajdonság eltűnik.
Az átmenet a hélium a hélium-I-II nevezzük fázisátalakulás a második fajta. Halmazállapot ilyen átmenetek nem változik, a fajlagos térfogat is ugyanaz marad. Kiderült, hogy egy ilyen átmenet a hővezető hélium-II drámaian nőtt közel egy millió alkalommal. Továbbá, a hőfluxus két különböző pontban hélium-II, lényegében elrendezve egymás mellett, hogy nem függ a hőmérséklet-különbség az ott. És amikor a hélium áramlik át a kapilláris csövet a hajó, a hajó hőmérséklet magasabbra emelkedik. Ez azt jelenti, hogy a hőt a folyékony hélium vezetjük másként, mint a szokásos folyadékok.
A hő a hélium-II csak elviselni a normális komponense. A kapilláris cső, amely képes folyni csak szuperfolyékony. De ő nem bírja a hőt. Ezért, mint szivárgó hélium hő nem változik. És mivel a tömeg a maradék folyadék csökken, a melegítés.
Az izotóp hélium-3 fedezték jóval később 1939-ben folyékony hélium-3 kapott 1948-ban volt megkülönböztetni a tulajdonságait folyékony hélium-4. hélium-3 részecskék fermionok (részecskék fél-egész centrifugálás). Egy pár ezek eleve az egész vissza, és úgy viselkednek, mint bozonok. Azaz, elvileg a szuperfolyékonyság hélium-3 is van lehetőség. Valóban, 1972-ben, a folyékony hélium-3 szuperfolyékonyság felfedezte, hogy történt hőmérsékleten kisebb, mint 2,6 mK és a nyomás 34 atm.
Szuperfolyadék folyadék nagyon nehéz beszerezni. Ezért, miközben a széles alkalmazási szakterületen hogy nem. De a felfedezés szuperfolyékonyság egy fontos eredmény terén az alapvető fizika. Ez vezetett oda, hogy kialakult egy új tudomány - a fizika kvantum folyadékot.
A folyékony hélium hűtésére használt a laboratóriumi vizsgálati anyagok közeli hőmérsékleten az abszolút nulla.