Физическая энциклопедия - гелий жидкий

бесцветная прозрачная жидкость, кипящая при атм, давлении и темп-ре 4,44 К (жидкий 4Не). Плотность жидкого 4Не при 4,2 К=0,13 г/см3, под давлением насыщ. паров он остаётся жидким при всех темп-pax ниже критической Tк=5,20 К. Затвердевает 4Не лишь при давлениях, больших 25 атм (рис.

1). Согласно квант. механике, это объясняется тем, что даже при абс. нуле атомы в Г. ж. движутся (испытывают «нулевые колебания»), что препятствует затвердеванию жидкости (см. КВАНТОВАЯ ЖИДКОСТЬ). Кроме изотопа 4Не в природе существует ещё один устойчивый, но редкий изотоп гелия 3Не (на него приходится =10-7% общей массы гелия, находящегося в воздухе).

. Рис. 1. Диаграмма состояния 4Не. Критич. темп-pa 3Не равна 3,35 К, критич. плотность 0,064 г/см3. При норм. давлении 3Не, как и 4Не, незамерзающая жидкость, она затвердевает лишь при давлениях ?30 атм. При темп-ре Тl=2,17 К и давлении насыщ. паров 4Не испытывает фазовый переход II рода. Гелий выше этой темп-ры наз. Не I, ниже Не II. При темп-ре фазового перехода наблюдаются аномалия теплоёмкости (l-точка, рис.

2), излом кривой температурной зависимости плотности Г. ж. (рис. 3). Не I резко отличается по внеш. виду от Не II: первый бурно кипит во всём объёме, а Не II спокойная жидкость с отчётливой поверхностью. Объясняется это необычайно высокой теплопроводностью Не II, во много млн. раз превосходящей теплопроводность Не I, равную=10-5 кал/(К•см•с), или 4,2•10-5 Дж/(К•м•с). . Рис. 2. Теплоёмкость 4Не вблизи темп-ры Тl=2,19К (l-точки) при атм. давлении. В 1938 П. Л. Капица открыл у Не II сверхтекучесть. Объяснение этого явления было дано Л. Д. Ландау (1941) на основе кпантовомеханич. представлений о хар-ре теплового движения в Г. ж. Тепловое движение в Не II при темп-pax, близких к абс. нулю, описывается как существование . Рис. 3. Плотность r 4Не вблизи l-точки. в Г. ж. элем. возбуждений (квазичастиц) фононов, обладающих энергией e=hv (v частота колебаний) и импульсом р=e/с (с скорость звука=240 м/с). Число и энергия фононов растут с повышением Т. При Т?0,6 К появляются возбуждения с большими энергиями (ротоны), для к-рых зависимость e(р) имеет нелинейный хар-р. Фононы и ротоны движутся в Г. ж. подобно ч-цам газа. Они обладают импульсом и, следовательно, массой (см. ЭФФЕКТИВНАЯ МАССА). Отнесённая к 1 см3, эта масса определяет плотность rn т. н. н о р м а л ь н о й компоненты Г. ж. При T .