Ciekły hel

Temperatura wymagana do produkcji ciekłego helu jest niska ze względu na słabość atrakcji między atomami helu. Te siły międzyatomowe w helu są słabe na początku, ponieważ hel jest gazem szlachetnym, ale międzyatomowe atrakcje są zmniejszone jeszcze bardziej przez efekty mechaniki kwantowej. Są one znaczące w przypadku helu ze względu na jego niską masę atomową wynoszącą około czterech atomowych jednostek masy. Energia punktu zerowego ciekłego helu jest mniejsza, jeśli jego atomy są mniej ograniczone przez swoich sąsiadów. Stąd w ciekłym helu energia stanu zerowego może się zmniejszyć poprzez naturalnie występujący wzrost średniej odległości międzyatomowej. Jednak przy większych odległościach, efekty sił międzyatomowych w helu są jeszcze słabsze.

Z powodu bardzo słabych sił międzyatomowych w helu, element pozostaje cieczą w ciśnieniu atmosferycznym przez całą drogę od punktu skraplania do zera bezwzględnego. Ciekły hel krzepnie tylko w bardzo niskich temperaturach i pod dużym ciśnieniem. W temperaturach poniżej punktu skraplania, zarówno hel-4 jak i hel-3 przechodzą w stan nadciekły. (Patrz tabela poniżej.)

Płynny hel-4 i rzadki hel-3 nie są całkowicie mieszalne. Poniżej 0,9 kelwina przy ciśnieniu pary nasyconej, mieszanina tych dwóch izotopów ulega rozdzieleniu fazowemu na zwykły płyn (głównie hel-3), który unosi się na gęstszym nadciekłym płynie składającym się głównie z helu-4. Ta separacja faz dzieje się, ponieważ całkowita masa ciekłego helu może zmniejszyć jego entalpię termodynamiczną przez rozdzielenie.

W bardzo niskich temperaturach, superfluid fazy, bogaty w hel-4, może zawierać do 6% helu-3 w roztworze. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie na małą skalę chłodziarki rozcieńczającej, która jest w stanie osiągnąć temperatury rzędu kilku milikelwinów.

Superpłynny hel-4 ma zasadniczo różne właściwości od zwykłego ciekłego helu.

Izotopy ciekłego helu 3 i 4 na diagramie fazowym, pokazującym strefę demiksacji.

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.