超流動とは何ですか?水は特定の温度/圧力下で超流動特性を示すことができますか?


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液体は、摩擦のない流れやその他のエキゾチックな挙動が温度で観察されるため、超流動と呼ばれます。絶対零度(-273.15°C)に近く、異常な振る舞いは量子力学的効果から生じます。

超流動の最も壮観な特徴は、通常の液体では不可能なほど小さいキャピラリーを摩擦なしで流れる能力です。それがその粘度によってクランプされるように流れます。超流動で観察される他の現象には、(a)容器内の持続的な電流を維持する能力が含まれます(たとえば、液体が循環しているカップを置き、10分後に戻った場合、原子が原因で液体の動きが停止します液体中は互いに衝突して速度を落としますが、超流動でそれを行い、100万年後でも戻ってきた場合、それはちょうどかき混ぜられたかのように回転し続けます。 (b)液体が容器の側面を上向きに摩擦することなく流れる現象(牛乳が沸騰するなど)、および(c)最高の金属導体よりも高い熱伝導率。

ガスは、特定のポイント以下に冷却されると液体に変わります。 33K(-240°C)未満、77K(-196°C)未満の窒素、90K(-183°C)未満の酸素などに冷却すると、水素ガスは液体に変わります。しかし、特定のガスは最低温度でもガスとして存続します。ヘリウムはそのような気体の1つであり、4.15K(-269°C)という非常に低い温度でのみ液体になります。さらに冷却すると、2.17K(-271°C)まで「 ラムダポイント 注目すべきことが起こり、液体の密度が低下し、液体がゼロ粘度の「超流動」になります。超流動は、可能な限り低いエネルギーに凝縮し​​たヘリウム原子の摩擦から発生します。

ほとんどの液体の場合が冷却されると、液体中の原子間のわずかな引力が最終的に熱振動に打ち勝ち始め、粒子は規則的な順序、つまり固体に落ち着きます。しかし、ヘリウム原子は非常に軽く、互いに弱く引き寄せられるため、通常の原子運動でも静まると、原子はゼロ点運動で揺れ動き、量子不確実性の原理によってわずかな勢いが与えられます。したがって、原子は固体状態に落ち着くことはありません。絶対ゼロでは、原子は理論的に完全に動きを停止します。

Helium 「低温での流動性により、ボーズ-アインシュタイン凝縮と呼ばれる変換を実行できます-統計絶対零度近くまで冷却された別々の原子または亜原子粒子が合体して単一の量子力学的実体になり、個々の粒子が1つの大きな粒子のように振る舞うまで重なり合う物質。一斉に作用する原子は、もはや個々の原子のように振る舞うことはありません。

水ははるかに高い温度で液体であり、273K(0°C)未満に冷却されると氷に固化するため、水がこれまでにない方法はありません。超流動である。

超流動|物理学

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