如果问物质是什么,是如何产生的?首先要明确物质的定义,而物质的定义是根据物质的基本特性确定的 。超流Superfluid神奇而又真实Superfluidheliumwww.videoman.gr超流体是一种物态,特点是完全失去粘性 。
【四超物资是什么意思,已筹超2亿元物资】什么是超流体呢?
超流 Superfluid神奇而又真实Superfluid heliumwww.videoman.gr超流体是一种物态,特点是完全失去粘性 。如果将超流体放置于环状的容器中,由于没有摩擦力,它可以永无止尽地流动 。它能以零阻力通过毛细管,甚至能从碗中向上“滴”出而逃逸 。液氦在2.17 K以下时,它的摩擦系数变为零,这时液态氦可以流过半径为十的负五次方厘米的小孔或毛细管,这种现象叫做超流现象(Superfluidity),这种液体叫做超流体(Superfluid)超流体是物质在没有能量损失的情况下无限流动的一种物相 。
这种特性是由 Pyotr Leonidovich Kapitsa, John F. Allen 和 Don Misener 在1937年发现的 。至少有两种氦的同位素、一种铷的同位素和一种锂的同位素可以在极低温下实现 。只有液体和气体才可能是超流体 。例如,氦的凝固点是1k(25个大气压),4He 的超流性质出现在 2k 左右 。
当体系中所有原子占据相同的量子态时,就会发生超流相变 。当原子被放在非常近的位置,冷却到它们的量子波函数开始重叠,原子失去它们各自的特性时,就会发生这种情况,表现得更像一个超级原子,而不是一堆原子 。不寻常的行为都来自量子力学效应发现氦的稳定同位素是氦-3(或3He),含有两个质子和一个中子;以及氦-4(或4He),含有两个质子和两个中子 。
4He 是大量天然存在的,自1950年以来,由于核反应堆中氚的衰变,已形成较轻的同位素3He 。这两种氦同位素在低压下都维持在液态,而且都显示出超流特性,不过在这两种体系下发生相变的温度不同 。1937年, 苏联物理学家Pyotr Leonidovich Kapitsa, 和加拿大物理学家John F. Allen 和 Don Misener ,在低于2.17 K的温度下,在4He 中发现了超流态 。
(转变到超流相被称为 lambda 相变 。) 轻同位素 3He 却没有被发现有超流态的迹象或任何其它异常行为 。直到1972年, 美国物理学家Douglas D. Osheroff,Robert C. Richardson, and David M. Lee 发现,在低于2.65 K下,3He 液体有三个不同的反常相,,称为 A, B, 和 A1,都显示许多相同的奇异现象, 虽然不像 4He 超流体那样引人注目 。
因此,这些相统称为 3He 超流体。超流相的行为液体 4He 转变到超流相最引人注目的特征是,在微小的毛细管中突然出现无摩擦流动的能力,任何普通的液体(包括4He本身在 λ 相变温度之上)都会因为它的粘度堵住 。在超流相中观察到的相关现象包括在环形容器中维持持续流动的能力;液膜蠕变现象,液体在几乎无摩擦的情况下向上或越过桶的一侧; 它的导热系数是正常相的几百万倍,比最好的金属导体的导热系数都大 。
另一个特性不那么壮观,但对于理解超流相非常重要:如果液体在缓慢旋转的桶中被冷却,经过 λ 相变,随着温度趋于绝对零度,即使桶继续旋转,液体也会逐渐停止 。这种非旋转效应是完全可逆的;旋转的表观速度仅取决于温度而不取决于系统的历史 。大多数这类现象也在液体 3He 的超流相中被观察到 。超流性与超导性之间存在着密切的联系,从唯像的观点来看,超导性就是发生在带电系统中的超流性 。
因此,超流体 4He 通过毛细管的无摩擦流动与超导体中电子的零电阻传导是等同的,而氦在环形容器中维持循环流动的能力与超导环中电流的持续存在非常相似 。不那么明显的是,非旋转效应与超导体中的 Meissner 效应相似 。在 4He 和 3He的超流相中,还观察到了许多超导特性,比如存在涡流以及约瑟夫森效应 。
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