Nadciekłość

Nadciekłość lub nadpłynność jest to zjawisko całkowitego zaniku lepkości cieczy w pewnych specjalnych warunkach.

Zjawisko to zostało odkryte podczas badania płynnego izotopu helu ⁴He w bardzo niskich temperaturach (poniżej 2,17 K). Hel ten ma dwie różne fazy ciekłe, z których jedna wykazuje właściwości nadciekłości.

Co to oznacza, że ciecz traci lepkość? Ciecz taka może bez końca przepływać przez nawet bardzo cienkie (o średnicy 0,0001 mm) kapilary, bez nakładu energii!

Wyjaśnienie zjawiska nadciekłości przynosi dopiero mechanika kwantowa. Przy temperaturach rzędu 2-3 K długość fali de Broglie'a atomów helu jest porównywalna z odległościami między atomami. Ciekły hel staje się cieczą kwantową. Można go też tłumaczyć generowaniem kondensatu Bosego-Einsteina.

W przypadku izotopu helu ³He nadciekłość ma inne wyjaśnienie. Stosuje się tutaj teorię transformacji Bogoliubowa, stosowanej w badaniu nadprzewodnictwa.

Cały hel staje się nadciekły w temperaturze zera bezwzględnego. Dla nieco wyższych temperatur hel można potraktować jako ciecz dwuskładnikową, której udział fazy nadciekłej maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Inne ciekawe własności nadciekłego helu

Nadciekły hel ma bardzo duże przewodnictwo cieplne. Jest nawet setki razy większe od przewodnictwa cieplnego metali. Przewodnictwo odbywa się poprzez konwekcję.

Gdy mamy dwa naczynia z ciekłym helem połączone kapilarą i wzbudzimy przepływ nadciekłego helu z jednego naczynia to drugiego, to w naczyniu z którego wypływa ciekły hel temperatura się podnosi, a w naczyniu w którym przybywa nadciekłego helu - maleje. To tak zwane zjawisko mechanokaloryczne.

Ciekawostki

Odkrywcami nadciekłości byli Piotr Kapica, John Allen oraz Don Misener. Zjawisko to zostało odkryte w 1937 roku.

Długo uważano, że izotop helu ³He nie wykazuje nadciekłości. Izotop ten jednak staje się nadpłynny w temperaturze 2,6 mK! To bardzo blisko zera absolutnego.

Pytania

Jakie pierwiastki wykazują nadciekłość?

Tylko hel.