13 подписчиков

😀 Представление о веществе, которое невозможно заморозить, представляет собой увлекательное пересечение квантовой механики и термодинамики

СегодняСегодня

1 мин

Хотя практически любой элемент можно превратить в твердое тело при достаточном давлении или низкой температуре, при стандартном давлении существует одно известное исключение. Гелий — единственный элемент, который остается в жидком состоянии при абсолютном нуле (-273,15 градусов по Цельсию) при нормальном атмосферном давлении. Даже если удалить из него всю возможную тепловую энергию, он отказывается формировать твердую кристаллическую решетку. Чтобы понять, почему гелий не замерзает, нужно рассмотреть соотношение между его внутренней энергией и силами атомных связей. Гелий — это инертный газ с чрезвычайно слабыми силами притяжения между атомами. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, атомы никогда не могут находиться в полной неподвижности. Они обладают базовой вибрацией, называемой энергией нулевой точки. Поскольку атомы гелия настолько легки, а их связи настолько слабы, этой крошечной естественной вибрации достаточно, чтобы преодолеть силы, пытающиеся сжать их в твердую стр

😀 Представление о веществе, которое невозможно заморозить, представляет собой увлекательное пересечение квантовой механики и термодинамики. Хотя практически любой элемент можно превратить в твердое тело при достаточном давлении или низкой температуре, при стандартном давлении существует одно известное исключение.

Гелий — единственный элемент, который остается в жидком состоянии при абсолютном нуле (-273,15 градусов по Цельсию) при нормальном атмосферном давлении. Даже если удалить из него всю возможную тепловую энергию, он отказывается формировать твердую кристаллическую решетку.

Чтобы понять, почему гелий не замерзает, нужно рассмотреть соотношение между его внутренней энергией и силами атомных связей.

Гелий — это инертный газ с чрезвычайно слабыми силами притяжения между атомами. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, атомы никогда не могут находиться в полной неподвижности. Они обладают базовой вибрацией, называемой энергией нулевой точки. Поскольку атомы гелия настолько легки, а их связи настолько слабы, этой крошечной естественной вибрации достаточно, чтобы преодолеть силы, пытающиеся сжать их в твердую структуру.

Важно уточнить, что гелий можно заморозить, но только если изменить окружающую среду. Чтобы заставить гелий превратиться в твердое вещество, необходимо приложить значительное внешнее давление — примерно в 25 раз превышающее давление земной атмосферы. Физически сжимая атомы, вы преодолеваете энергию нулевой точки и заставляете их зафиксироваться в кристалле.

Вместо того чтобы замерзать при понижении температуры, гелий-4 при температуре около 2,17 К претерпевает иной переход. Он становится сверхтекучим. В этом состоянии жидкость обладает нулевой вязкостью, то есть в ней отсутствует трение. Она может проникать через микроскопические щели, подниматься по стенкам сосуда и оставаться в движении бесконечно, если ее запустить в замкнутом контуре. Кроме того, она становится идеальным проводником тепла.

📱VK

💬MAX

📱Дзен

#физика #термодинамика