超流態

超流態

1937年,前蘇聯物理學家彼得·列奧尼多維奇·卡皮察(1894~1984年)驚奇地發現,當液態氦的溫度降到2.17K的時候,它就由原來液體的一般流動性突然變化為“超流動性”:它可以無任何阻礙地通過連氣體都無法通過的極微小的孔或狹縫(線度約10萬分之一厘米),還可以沿著杯壁“爬”出杯口外。我們將具有超流動性的物態稱為“超流態”。但是目前只發現低於2.17K的液態氦有這種物態。

發現

1937年,前蘇聯物理學家彼得·列奧尼多維奇·卡皮察(1894~1984年)驚奇地發現,當液態氦的溫度降到2.17K的時候,它就由原來液體的一般流動性突然變化為“超流動性”:它可以無任何阻礙地通過連氣體都無法通過的極微小的孔或狹縫(線度約10萬分之一厘米),還可以沿著杯壁“爬”出杯口外。我們將具有超流動性的物態稱為“超流態”。但是目前只發現低於2.17K的液態氦有這種物態。

他是第一個得到液氦的科學家。他並不滿足,還想使溫度進一步降低,以得到固態氦。他沒有成功(固態氦是1926年基索姆用降低溫度和增大壓力的方法首先得到的),卻得到了一個沒有預料到的結果。

對於一般液體來說,隨著溫度降低,密度會逐漸增加。他使液態氦的溫度下降,果然,液氦的密度增大了。但是,當溫度下降到零下271攝氏度的時候,怪事出現了,液態氦突然停止起泡,變成像水晶一樣的透明,一動也不動,好像一潭死水,而密度突然又減小了。

這是另一種液態氦。他把前一種冒泡的液態氦叫做氦Ⅰ,而把後一種靜止的液態氦做氦Ⅱ。

把一個小玻璃杯按在氦Ⅱ中。玻璃杯本是空的,但是過了一會,杯底出現了液態氦,慢慢地漲到跟杯子外面的液態氦一樣平為止。

把這個盛著液態氦的小玻璃杯提出來,掛在半空。看,玻璃杯底下出現了液氦,一滴,兩滴,三滴……不一會,杯中的液態氦就“漏”光了。是玻璃杯漏了嗎?不,玻璃杯一點也不漏。這是怎么回事呢?

原來氦Ⅱ是能夠倒流的,它會沿著玻璃杯的壁爬進去又爬出來。這是在我們日常生活中沒有碰到過的現象,只有在低溫世界才會發生。這種現象叫做“超流動性”,具有“超流動性”的氦Ⅱ叫做超流體。

研究

後來,許多科學家研究了這種怪現象,又有了許多新的發現。其中最有趣的是1938年阿蘭等人發現的氦刀噴泉。

在一根玻璃管里,裝著很細的金剛砂,上端接出來一根細的噴嘴。將這玻璃管浸到氦Ⅱ中,用光照玻璃管粗的下部,細噴嘴就會噴出氦Ⅱ的噴泉,光越強噴得越高,可以高達數厘米。

氦Ⅱ噴泉也是超流體的特殊性質。在這個實驗中,光能直接變成了機械能。

彼得·列奧尼多維奇·卡皮察彼得·列奧尼多維奇·卡皮察

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