¿Qué es el "helio"? ¿Características? ¿Qué tiene que ver con los superfluidos superconductores?

El helio es un gas raro. El nombre de este elemento proviene de la palabra griega que significa "sol". En 1868, alguien utilizó un espectroscopio para observar la superficie del sol y descubrió una nueva línea espectral amarilla, que se pensaba que pertenecía a un elemento desconocido del sol, de ahí el nombre de helio. El helio es un gas incoloro e inodoro en circunstancias normales. El helio es la única sustancia que no puede solidificarse a una presión atmosférica estándar. El helio es el elemento menos reactivo y esencialmente no forma compuestos. El helio se utiliza principalmente como gas protector, fluido de trabajo en reactores nucleares refrigerados por gas y refrigerante de temperatura ultrabaja.

Superfluidez

Sin embargo, la maravilla del helio líquido no es su baja temperatura.

Carmelin Ones fue el primer científico en obtener helio líquido. No satisfecho, quiso bajar aún más la temperatura para obtener helio sólido. No lo logró (Kisom obtuvo por primera vez helio sólido en 1926 enfriándolo y sobrealimentándolo), pero obtuvo un resultado inesperado.

En los líquidos ordinarios, la densidad aumentará gradualmente a medida que la temperatura disminuya. Carmelin Ones redujo la temperatura del helio líquido y, efectivamente, la densidad del helio líquido aumentó. Sin embargo, cuando la temperatura bajó a -271°C, sucedió algo extraño. El helio líquido deja repentinamente de burbujear, se vuelve tan claro como el cristal, se vuelve tan quieto como un charco de agua estancada y su densidad disminuye repentinamente.

Este es otro tipo de helio líquido. Carmelin llamó al primero helio líquido burbujeante I y al segundo helio líquido estático II.

Presione un pequeño vaso de vidrio en el helio II. El vaso está vacío, pero después de un tiempo, aparece helio líquido en el fondo del vaso y se eleva lentamente hasta la misma altura que el helio líquido fuera del vaso.

Utiliza helio líquido para sostener este pequeño vaso y colgarlo en el aire. Mira, hay helio líquido debajo del vaso, una gota, dos gotas, tres gotas... Pronto, el helio líquido del vaso se "fugará". ¿El vidrio gotea? No, el cristal no gotea en absoluto. ¿Qué está sucediendo?

Resulta que el helio II puede fluir hacia atrás y entrar y salir a lo largo de la pared del vidrio. Este es un fenómeno que nunca hemos encontrado en nuestra vida diaria y solo puede ocurrir en un mundo de baja temperatura. Este fenómeno se llama superfluidez, y el helio 2 con superfluidez se llama superfluidez.

Más tarde, muchos científicos estudiaron este extraño fenómeno y realizaron muchos nuevos descubrimientos. La más interesante es la fuente de helio cuchillo descubierta por Allen y otros en 1938.

En un tubo de vidrio hay esmeril muy fino y en el extremo superior se conecta una boquilla fina. Sumerja este tubo de vidrio en helio 2, ilumine la parte inferior más gruesa del tubo de vidrio y una boquilla fina rociará una fuente de helio 2. Cuanto más intensa es la luz, mayor es la salpicadura de agua, que puede alcanzar varios centímetros de altura.

La fuente de helio II es también una propiedad especial del superfluido. En este experimento, la energía luminosa se convierte directamente en energía mecánica.

Superconductividad

¿Aún recuerdas los maravillosos experimentos de Ramsay al poner varias sustancias en aire líquido? Al poner varias sustancias en helio líquido, la situación es aún más maravillosa.

¡Mira! A la temperatura del helio líquido, se encuentra un anillo de plomo en el que se coloca un proyectil. El lanzamiento de peso parece haber perdido peso y flotará sobre el aro, manteniéndose a cierta distancia del aro.

¡Mira de nuevo! A la temperatura del helio líquido, se coloca lentamente en el disco un disco de metal con un imán adherido. Cuando el imán estaba a punto de tocar la placa, la cadena se aflojó y el imán flotó sobre la placa, negándose a caer.

¡Es como estar en un mundo mágico! Todo esto sólo puede suceder a la temperatura del helio líquido. En cuanto sube la temperatura, la magia deja de funcionar. La bola de plomo cae sobre el anillo de plomo y el imán cae sobre la placa de metal.

Se trata del fenómeno de la superconductividad a bajas temperaturas.

Resulta que a la temperatura del helio líquido, la resistencia de ciertos metales desaparecerá; en los anillos y discos metálicos, la corriente seguirá fluyendo para generar un campo magnético. En ese momento, la fuerza repulsiva del campo magnético sostuvo la bola de plomo y el imán, haciéndolos flotar en el aire.

A bajas temperaturas se producen muchos fenómenos físicos maravillosos. Muchos experimentos físicos importantes deben realizarse a bajas temperaturas.

Actualmente, físicos de todo el mundo siguen estudiando el helio líquido, con la esperanza de alcanzar temperaturas más bajas a través del helio líquido y estudiar los maravillosos cambios que ocurren en diversas sustancias a bajas temperaturas. ¿Qué estamos haciendo todavía? . Esto dio origen a una nueva rama de la física: la física de bajas temperaturas.

El helio, una sustancia maravillosa, siempre ha llamado la atención de los científicos. Los científicos continúan estudiando el helio y continúan escribiendo una nueva historia del helio a través de experimentos científicos.