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Eine Flüssigkeit wird aufgrund des reibungslosen Flusses und des anderen bei Temperaturen beobachteten exotischen Verhaltens als Superfluid bezeichnet nahe dem absoluten Nullpunkt (–273,15 ° C) und das ungewöhnliche Verhalten ergibt sich aus quantenmechanischen Effekten.
Das spektakulärste Merkmal eines Superfluids ist die Fähigkeit, ohne offensichtliche Reibung durch Kapillaren zu fließen, die so klein sind, dass eine gewöhnliche Flüssigkeit dies nicht kann fließen, als würde es durch seine Viskosität geklemmt. Die anderen Phänomene, die in einem Superfluid beobachtet werden, umfassen (a) die Fähigkeit, anhaltende Ströme in einem Behälter aufrechtzuerhalten (wie – wenn Sie einen Becher mit einer zirkulierenden Flüssigkeit abstellen und 10 Minuten später zurückkommen, hat sich die Flüssigkeit aufgrund der Atome nicht mehr bewegt in der Flüssigkeit wird miteinander kollidieren und es verlangsamen. Aber wenn Sie das mit einem Superfluid taten und sogar eine Million Jahre später zurückkamen, würde es sich immer noch umdrehen, als ob es nur gerührt worden wäre); (b) das Phänomen, bei dem die Flüssigkeit ohne erkennbare Reibung über die Seiten ihres Behälters fließt (wie überkochende Milch) und (c) eine Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die der besten metallischen Leiter.
Gase werden flüssig, wenn sie unter einen bestimmten Punkt abgekühlt werden. Wasserstoffgas wird flüssig, wenn es unter 33 K (-240 ° C) abgekühlt wird, Stickstoff unter 77 K (-196 ° C), Sauerstoff unter 90 K (-183 ° C) und so weiter. Bestimmte Gase bleiben jedoch auch bei den niedrigsten Temperaturen als Gas bestehen. HELIUM ist ein solches Gas und wird nur bei der extrem niedrigen Temperatur von 4,15 K (–269 ° C) zu einer Flüssigkeit. Wenn es weiter abgekühlt wird – auf 2,17 K (-271 ° C), wird es „s Lambda-Punkt Eine bemerkenswerte Sache tritt auf, die Flüssigkeitsdichte sinkt und die Flüssigkeit wird zu einem „Superfluid“ mit einer Viskosität von Null. Die Superfluidität entsteht durch die Reibung von Heliumatomen, die auf die niedrigstmögliche Energie kondensiert sind.
Wenn die meisten Flüssigkeiten abgekühlt werden, beginnt die leichte Anziehung zwischen Atomen in der Flüssigkeit schließlich, Wärmeschwingungen zu überwinden, und die Teilchen setzen sich in einer regelmäßigen Reihenfolge ab, nämlich einem Feststoff. Aber Heliumatome sind so leicht und schwach zueinander hingezogen, dass selbst bei gewöhnlichen Atombewegungen beruhigt wackeln die Atome mit der Nullpunktbewegung, einem leichten Impuls, der durch das Quantenunsicherheitsprinzip vermittelt wird. Daher setzen sie sich nie im festen Zustand ab. Beim absoluten Nullpunkt hören die Atome theoretisch ganz auf, sich zu bewegen.
Helium Die Liquidität bei niedrigen Temperaturen ermöglicht es ihm, eine Umwandlung durchzuführen, die als Bose-Einstein-Kondensation bezeichnet wird – ein stat e von Materie, in der getrennte Atome oder subatomare Teilchen, die auf nahezu Null abgekühlt sind, zu einer einzigen quantenmechanischen Einheit verschmelzen, in der sich einzelne Teilchen überlappen, bis sie sich wie ein großes Teilchen verhalten. Im Einklang wirkende Atome verhalten sich nicht mehr wie einzelne Atome.
Wasser ist eine Flüssigkeit mit einer viel höheren Temperatur und verfestigt sich zu Eis, wenn es unter 273 K (0 ° C) abgekühlt wird, sodass Wasser niemals mehr möglich ist ein Superfluid sein.