Belșug - o proprietate minunat de heliu lichid
Heliu - singurul element care presiunea atmosferică nu se modifică în stare solidă, dar rămâne un lichid chiar și la temperaturi apropiate de zero absolut.
Heliu - gaz inert, după al doilea hidrgenul prevalența gradul în univers. Cea mai răspândită izotop heliu-4. La miezul ei, 2 protoni și 2 neutroni. Din aceasta constă aproape toate heliu care apar în atmosferă. 99.999863% din heliu de pe Pamant - este un heliu-4. Al doilea izotop cunoscut de heliu - heliu-3. al cărui nucleu este format din 2 proton și un neutron. El aparține 0.000137% din heliu atmosferic.
Pentru prima dată, heliu lichid a primit în 1908 un chimist olandez și fizician Heike Kamerlingh Onnes, înaintea acestui plante experimentale pentru lichefierea gazelor. Pe această setare, el a fost capabil să traducă într-un lichid de oxigen de stat, neon, iar în 1906 a primit hidrogen lichid.
In 1922, efectuarea de experimente, oamenii de știință au descoperit ca au turnat într-un tub de testare, heliu lichid se pe peretele vasului și curge afară. El a pus tubul într-o baie umplut cu heliu. Heliu curgea atâta timp cât nivelul său nu este la egalitate cu nivelul băii de heliu. În cazul în care nivelul de heliu în baie a fost mai mică decât tubul real, heliu curgea tot. Surprinzător, heliu lichid este capabil să curgă din rezervor umplut cu ei într-un pahar de laborator complet gol, scufundat în rezervor, chiar dacă partea superioară a paharului este situată deasupra nivelului lichidului. Și acest proces se va întâmpla până atunci, până la nivelul lor nu sunt egale.
Toate aceste fenomene sunt legate de izotop de heliu-4. Explicați natura lor ar putea numai dupa fizicianul sovietic, Academicianul Petr Leonidovich Kapitsa a descoperit fenomenul belșug, și alte fizician sovietic proeminent Lev Davidovich Landau a creat teoria belșug.
Heliului lichid superfluid
Acest heliu uimitor
Cu cât temperatura produsului devine mai mică rata a mișcării aleatoare a particulelor în ea. Când temperatura se apropie de zero absolut toate corpurile trebuie să se solidifice. Și vine cu toate materialele, dar nu pentru heliu lichid. Acest element frapant, mai degrabă decât să se transforme într-un corp solid, dintr-o dată începe să se comporte neobișnuit când temperatura devine mai mică decât 2,17 K (-271 ° C). Cu el doar miracole se întâmplă. Dacă este lăsat tub descoperit cu heliu, apoi, după un timp va fi gol. Heliu-l lăsați, ridicându-se de-a lungul peretelui interior. Nu contează cât de înalt este acest tub. Se pare că, la această temperatură, heliu lichid pierde complet vâscozitatea, frecarea dispare și devine superfluid.
Această proprietate neobișnuit de heliu a fost stabilit experimental în 1938 de fizicianul sovietic, academicianul Piotr Leonidovich Kapitsa. heliu lichid având proprietățile de lichid la o temperatură de 2,17 K, el a numit heliu-I, un nou heliu superfluid - heliu-II. O temperatură Tƛ = 2,17 K a fost numit punct lambda.
Pyotr Leonidovich Kapitsa
Lichid heliu-I are proprietăți de lichide comune și nimic special. Deși viscozitatea sa comparat cu viscozitățile altor lichide a fost mică (aproximativ 500 de ori mai mică decât viscozitatea apei), încă poate fi măsurat. Un heliu-II este inexistentă.
În timpul experienței sale om de știință ratat heliu lichid prin fisuri sunt atât de subțiri încât chiar și o astfel de substanță fluidă, cum ar fi apa, abia ar putea infiltra prin ei timp de mai mulți ani. Barely cantitate notabilă de heliu-am reușit să obțină, prin golul într-un timp mai scurt. Dar imens în comparație cu heliu-I cantitate de heliu-II deversat printr-o fisură în câteva secunde. Astfel sa descoperit belșug.
substanță se referă la belșug capacitatea de a pierde vâscozității lor și de a dobândi capacitatea de a curge fără frecare prin fanta îngustă și capilarele. Are loc când belșug temperatura se apropie de zero absolut.
Modelul cu două fluide de heliu-II
Lev Davidovich Landau
În 1941, Landau academician a sugerat că există două componente în gelii- II: normal și superfluid. La T = Tƛ (2,17 K), atomi de heliu lichid începe să prezinte proprietățile de fotoni, adică, heliu lichid devine un fluid cuantic. heliu-4 particule sunt bosonii (particule cu rotire întreg). Ele formează un fel de Bose de condensare. Prin urmare, capacitatea de a curge fără frecare. Dar, spre deosebire de condensare Bose în gelii- II conservate interacțiunea dintre atomii. component heliu lichid normal este format din fotoni și rotons. Ea poartă de energie și deplasarea straturilor de lichid are loc cu frecare.
Când temperatura se apropie de zero absolut de energie liberă devine mai mică. La zero absolut, nu exista deloc. Prin urmare, heliul devine un superfluid. A la T ˃ Tƛ proprietatea superfluid dispare.
Tranziția de heliu în heliu-I-II se numește o tranziție de fază de al doilea tip. Statul de materie în astfel de tranziții nu este schimbat, volumul specific, de asemenea, rămâne același. Sa dovedit că într-o astfel de tranziție conductivitatea termică a heliului-II a crescut dramatic cu aproape un milion de ori. Mai mult, fluxul de căldură în două puncte diferite de heliu-II, aranjate în mod substanțial una langa alta, aceasta nu depinde de diferența de temperatură în acesta. Și când heliu curge prin tubul capilar din vas, temperatura vasului devine mai mare. Aceasta înseamnă că, căldura în heliu lichid este trecut în alt mod decât în lichide obișnuite.
Căldura în heliu-II poate suporta doar componenta normală. Un tub capilar este capabil de curgere numai superfluid. Dar ea nu poate suporta caldura. Prin urmare, ca urmare a scurgerilor de căldură heliu nu se schimba. Și din moment ce masa lichidului rămas este scăzut, acesta este încălzit.
Izotopul heliu-3 a fost descoperit mult mai târziu, în 1939. Un lichid heliu-3 a primit în 1948. El a fost distins prin proprietățile sale de lichid heliu-4. heliu-3 particule sunt fermioni (particule cu rotire pe jumătate întreg). O pereche formează deja întregul spate și să se comporte ca bosoni. Aceasta este, teoretic, heliu-belșug de 3 este de asemenea posibilă. Într-adevăr, în 1972, în lichid heliu-3 a descoperit că a avut loc belșug la o temperatură mai mică de 2,6 mK și o presiune de 34 atm.
lichid superfluid este foarte dificil de obținut. Prin urmare, în timp ce de aplicare largă în domeniu nu are. Dar descoperirea a fost o realizare belșug importantă în domeniul fizicii fundamentale. Aceasta a condus la apariția unei noi științe - fizica lichidelor cuantice.
Un heliu lichid utilizat pentru a răci în substanțele de test de laborator la o temperatură apropiată de zero absolut.