WikiDer > Suprafluidität

Superfluïditeit
Suprafluidität mit Helium.

Suprafluidität ist das Phänomen, dass eine Flüssigkeit keine Viskosität zeigt an. Suprafluidität wurde erstmals bei discovered entdeckt Helium und tritt bei extrem niedrigen Temperaturen auf. Es ist ein Quanteneffekt basierend auf Bose-Einstein-Kondensation.

Die wahrscheinliche Ursache für das Phänomen ist, dass sich Gruppen von Teilchen, die aus geraden Zahlen von subatomaren Teilchen bestehen, wie eine Art Superteilchen verhalten. Die gegenseitigen Kräfte dieser Partikel aufeinander (die die Reibung verursachen) verschwinden dann weitgehend. "Gruppenteilchen" entstehen aus Bosonen (Teilchen mit ganzzahligem Spin) und aus geraden Zahlen Fermionen (Teilchen mit halbzahligem Spin).

Eigenschaften

Wenn eine suprafluide Flüssigkeit mit einem Feststoff in Kontakt gebracht wird, bildet sich ein dünner Flüssigkeitsfilm von 50 bis 100 Atomen Dicke. Diese hauchdünne Schicht lässt sich noch gut bewegen (was bei normalen Flüssigkeiten aufgrund der Viskosität völlig undenkbar ist). Dadurch ist es nicht möglich, eine suprafluide Flüssigkeit in einem offenen Gefäß zu lagern, ohne dass sie über den Gefäßrand fließt. Bei normalen Flüssigkeiten wäre dies nur mit a . möglich Siphon gelingen.

das Phasendiagramm von 4Hey mit dem Verlauf des Lambdapunktes

Flüssigkeit Helium kommt in zwei Formen vor: Helium I und Helium II. Helium I ist eine gewöhnliche Flüssigkeit, Helium II ist eine suprafluide Flüssigkeit. 4Hallo (das häufigste Isotop von Helium) nimmt die Form von Helium II an, wenn die Temperatur unter 2.174 ° C fällt Kelvin kommt, der sogenannte Lambda-Punkt.

Da die Umwandlung von Helium I zu Helium II eine kontinuierliche Phasenübergang ist, ohne latente Wärme am Lambda-Punkt können He I und He II nicht koexistieren, da die Temperatur unter den Lambda-Punkt sinkt, ändert sich Helium I schlagartig in Helium II.

Außer dass Helium II keine hat Viskosität hat ist seine Wärmeleitung viel größer als jede andere Substanz. Fast unendlich groß, so dass das Sieden der Supraflüssigkeit nicht zu sehen ist; wo ein normaler, Sieden Flüssigkeit durch die Bildung von Gasblasen in der Flüssigkeit zu sprudeln beginnt, leitet eine Supraflüssigkeit die Wärme perfekt an die Oberfläche. Hier wird die Wärme über Verdunstung. Beim Abkühlen von Helium sieht man deutlich den Moment, in dem das Helium superflüssig wird: Das siedende Helium hört sofort auf zu sprudeln.

Darüber hinaus weist Helium II a thermodynamisch Fontäneneffekt: Wenn zwei Gefäße mit Helium II durch eine enge (kapillar) Leitung und eines der beiden Gefäße erhitzt wird, fließt Helium in das erhitzte Gefäß. Umgekehrt kühlt ein erzwungener Heliumstrom das aus der Kapillare austretende Helium ab, so dass es mechanokalorische Wirkung.

Hitzewellen bewegen sich in Helium II genauso wie Schallwellen, dieses Phänomen wird es zweiter Ton erwähnt.

Eine Menge Helium II dreht sich nicht als Ganzes; Der Versuch, die Flüssigkeit zu drehen, führt zu kleinen Wirbeln, die über die Flüssigkeit verstreut sind.

Suprafluidität sichtbar machen

Das superflüssige Helium kriecht über den Rand

Nimm einen Becher mit a with Keramik Unterseite. Ein solcher Boden enthält Kapillaren. Helium I wird in das Becherglas gegeben und die Temperatur wird dann auf den Lambda-Punkt abgesenkt. Es entsteht Helium II, das spontan über die Becherränder „kriecht“.

Nobelpreise

Es gibt mehrere Personen, die im Zusammenhang mit der Suprafluiditätsforschung Nobelpreise Haben:

Siehe die Kategorie Suprafluidität von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.