液氦为什么会自动从玻璃杯底部向上流？

青梅娱乐编辑于 2023-05-21 18:21:00

近年来，低温超导研究十分火热,某些物质在相当低的温度下电子流动成为没有阻力的了，那么原子或分子流动是否也会没有阻力呢？答案是肯定的,氦就是这样一种物质。 氦在常压下即使处于超低温的条件下,甚至绝对零摄氏度时，也不凝固,仍然是自由流动的液体。氦在4.2K（k是开尔文的符号,即过去习惯称呼的绝对温度的度）液化,进一步冷却到2.2K，就会出现与我们通常习惯的经验完全不同的奇特现象，即超流动性。例如，在一个直立的玻璃杯里装半杯液氦，在2.2K时，液氦很快地自动沿杯内壁爬上来，越过杯口经杯外壁流下去；与此相反的过程也会发生，把空口朝上的玻璃杯部分浸入2.2K液氦中，液氦很快自动沿杯外壁流上来，越过杯口沿杯内壁进入杯底，直到杯内外液面相平为止。温度越低，液氦超流动性越强,当达到绝对零摄氏度时，恐怕就没有任何粘滞阻力了。 奇特现象不止于此，这种超流动液氦还不施力于任何物体。例如，它从高压消防水龙带喷出来甚至连一个竖立的硬币也射不倒，而是沿着硬币边缘自由流动,没有任何外力作用到硬币上。 关于低温下液氦没有粘滞阻力的超流动性原因，现在认为是量子力学的简并效应所致。从量子力学的角度来看,氦原子的自旋量子数为零，任何自旋为零的粒子都能处于相同的量子态,具有相同的能量，并且遵守玻色—爱因斯坦统计法则，所有处于超流态的氦原子都处于基态。如果这种氦原子粘滞性不为零，即彼此有粘滞阻力，那它们就必须跃迁到激发能态，可是这时没有能量提供给它们跃迁。所以各个氦原子的运动互不影响、互不限制，它们既能附于容器壁上,也能自由流动,甚至可以通过氦气分子（实际是氦原子）也通不过的微小夹缝或细微小孔。