ヘリウム4の場合とは? わかりやすく解説

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ヘリウム4の場合

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/11/19 00:53 UTC 版)

超流動」の記事における「ヘリウム4の場合」の解説

ヘリウム4は、零点振動効果により低温液化しても、絶対零度到るまで液体のままで存在する。つまり、固体にはならない。そして、2.17K(ケルビン)で比熱跳びがあり、二次相転移起こし超流動の状態となる。この転移温度のことを比熱跳びの形からλ点という。 超流動状態では、ヘリウム4粘性が0の状態(He II相)になっており、壁を登っていったり、原子一個通れ隙間さえあればそこから漏れ出す。ただ、有限温度領域では常流体(普通の液体としての性質を示す:He I相)と超流体粘性ゼロHe II相)が共存している(→二流理論)。超流体の状態では、ボース粒子であるヘリウム4ボース凝縮している。 超流体部分ボース凝縮しているのではないかということは1938年フリッツ・ロンドンによって最初に指摘された。ロンドンは、ヘリウム4原子理想ボース気体みなして超流動転移温度ボース凝縮温度とし、その理論値3.13Kを導いた。この値は実験観測値2.17Kに近い値と言える。値のずれは、超流動状態にあるヘリウム4液体状態であり、理想ボース気体とは異なる状態であること、ヘリウム原子間の相互作用原子同士接近したときに働く強い斥力影響などよる。理想ボース気体では、粒子間の相互作用考慮していないが、その後相互作用のある場合への理論的な拡張が行われている。ただ、理想ボース気体でのボース凝縮状態への相転移三次相転移であるが、ヘリウム4ヘリウム3も同様)超流動への転移二次相転移である。この部分対す理論面からの解釈はまだ十分なされていないまた、超流動状態では非常に高い熱の伝導性を示す。これは、熱源に対してヘリウム4のうちの超流動成分近づくように、常流成分遠ざかるように運動するためである(一種対流であると言える)。この高い熱伝導性により、超流動ヘリウム全体が熱的に非常に均一になっている。

※この「ヘリウム4の場合」の解説は、「超流動」の解説の一部です。
「ヘリウム4の場合」を含む「超流動」の記事については、「超流動」の概要を参照ください。

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