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1937年,前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察(1894~1984年)惊奇地发现,当液态氦的温度降到2.17K(-270.98℃)的时候,它就由原来液体的一般流动性突然变化为"超流动性":它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝(线度约10万分之一厘米),还可以沿着杯壁"爬"出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为"超流态"。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。

基本信息

  • 中文名称

    超流态

  • 外文名称

    Super fluid

  • 发现时间

    1937年

  • 发现人

    彼得·列奥尼多维奇·卡皮察

  • 含义

    超流动性的物态

目录

折叠 编辑本段 简介

他是第一个得到液氦的科学家。他并不满足,还想使温度进一步降低,以得到固态氦。他没有成功(固态氦是1926年基索姆用降低温度和增大压力的方法首先得到的),却得到了一个没有预料到的结果。

折叠 编辑本段 原理

直到20世纪70年代,英国科学家安东尼·莱格特才发现,氦的同位素氦-3的原子对与超导体中金属的电子对结构相似。他的理论才从根本上解释了氦原子是如何互动的和如何进入超流态的。超流现象是一种宏观范围内的量子效应。由于玻色-爱因斯坦凝聚,氦原子形成一个"抱团很紧"的集体。超流正是这种"抱团"现象的具体表现。玻色子体系不受泡利原理的限制,而且,由于粒子总是自发地向低能级跃迁,玻色子有向基态能级凝聚的倾向,这是产生超流现象的基本原因。

折叠 编辑本段 研究

对于一般液体来说,随着温度降低,密度会逐渐增加。他使液态氦的温度下降,果然,液氦的密度增大了。但是,当温度下降到零下271摄氏度的时候,怪事出现了,液态氦突然停止起泡,变成像水晶一样的透明,一动也不动,好像一潭死水,而密度突然又减小了。

这是另一种液态氦。他把前一种冒泡的液态氦叫做氦Ⅰ,而把后一种静止的液态氦做氦Ⅱ。

把一个小玻璃杯按在氦Ⅱ中。玻璃杯本是空的,但是过了一会,杯底出现了液态氦,慢慢地涨到跟杯子外面的液态氦一样平为止。

把这个盛着液态氦的小玻璃杯提出来,挂在半空。看,玻璃杯底下出现了液氦,一滴,两滴,三滴……不一会,杯中的液态氦就"漏"光了。是玻璃杯漏了吗?不,玻璃杯一点也不漏。这是怎么回事呢?

原来氦Ⅱ是能够倒流的,它会沿着玻璃杯的壁爬进去又爬出来。这是在我们日常生活中没有碰到过的现象,只有在低温世界才会发生。这种现象叫做"超流动性",具有"超流动性"的氦Ⅱ叫做超流体。

后来,许多科学家研究了这种怪现象,又有了许多新的发现。其中最有趣的是1938年阿兰等人发现的氦刀喷泉。

在一根玻璃管里,装着很细的金刚砂,上端接出来一根细的喷嘴。将这玻璃管浸到氦Ⅱ中,用光照玻璃管粗的下部,细喷嘴就会喷出氦Ⅱ的喷泉,光越强喷得越高,可以高达数厘米。

氦Ⅱ喷泉也是超流体的特殊性质。在这个实验中,光能直接变成了机械能。

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