الهليوم السائل
الهليوم السائل Liquid helium يوجد الهليوم على شكل سائل فقط عند درجة حرارة منخفضة جدا. تختلف نقطة الغليان والنقطة الحرجة للهليوم من نظير فيزيائي إلى آخر؛ انظر الجدول أدناه ولاحظ القيم. ان كثافة الهليوم السائل_4 عند نقطة غليانه وعند 1 ضغط جوي (درجة الغليان عند مستوى سطح البحر) هي حوالي 0.125 ج/ مل [0]
تمت إسالة(جعله سائلا) النظير 4 للهليوم لاول مرة في 10 يوليو 1908 من قبل الفيزيائى الهولندي هايك أونز.[1] الهليوم السائل_4 يستخدم كسائل للتبريد، فهو ينتج تجاريا للاستخدام في المغناطيسات المفرطة الموصلية مثل تلك المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي أو الرنين المغناطيسي النووي. يتم إسالة الهيليوم باستخدام حلقة هامبسون-ليند.[2]
درجات الحرارة المطلوبة لتسييل الهليوم منخفضة بسبب ضعف قوة التماسك بين ذراته. ان قوة التماسك بين ذرات الهيليوم هي ضعيفة بالأساس لانة من الغازات النبيلة ولكن تأثيرات الكم مهمة للهيليوم بسبب كتلته الذرية المتدنية التي تضعفها اكثر. نقطة انعدام الطاقة (تساوي صفر) في السائل تكون اقل إذا كانت قوة التماسك بين الذرات أقل, بالتالي فان السائل يقلل مرحلة انعدام الطاقة بزيادة المسافة بين الذرات. ولكن عند وجود هذه المسافة الكبيرة بين الذرات يكون تأثير قوى التجاذب بين الذرات أضعف.[3]
لأن القوى الذرية ضعيفة يبقى الهيليوم سائلا عند درجة الصفر، ويتصلب الهليوم فقط تحت الضغط الشديد. عند درجة حرارة منخفضة بما فيه الكفاية فان الهليوم-3 والهليوم-4 يخضعان لعملية الانتقال إلى مرحلة السيولة التامة(انظر الجدول أدناه).[4]
كل من الهليوم-3 والهليوم-4 السائلان غير قابلان للتجانس بشكل كامل عند درجة حرارة أقل من 0.9 عند ضغط البخار المشبع. تحت هذه الحرارة (0.9) يخضع خليط من النظيرين الفيزيائيين لمرحلة انفصال إلى سائلين، الأول سائل طبيعي وامض هو على الأغلب هليوم-3 والاخر سائل مائع كثيف وهو على الأغلب هليوم-4. (وهذا يحدث لأن النظام يمكن أن يخفض سخونته عن طريق الانفصال.) عند درجات حرارة منخفضة، شكل هليوم-4 الغني قد يحتوي على ما يصل إلى 6 ٪ من هليوم-3 في المحلول، مما يجعل من الممكن وجود سائل بارد مخفف والقادر على الوصول إلى درجات حرارة تصل إلى بضعة مللي كلفن فوق الصفر المطلق.[5][6]
| خصائص الهيليوم السائل | الهليوم - 4 | الهليوم 3 |
|---|---|---|
| درجة الحرارة الحرجة [1] | 5.2 ك | 3.3 ك |
| نقطة الغليان على مستوى سطح البحر [2] | 4.2 ك | 3.2 ك |
| الحد الأدنى من الضغط اللازم للذوبان " gtc:prefix="" gtc:mediawiki-xid="9" gtc:temp>[9] | 25 ضغط جوي (درجة الغليان عند مستوى سطح البحر) | 29 ضغط جوي عند 0.3 ك |
| درجة حرارة التحول إلى سائل فائق السيولة عند ضغط البخار المشبع | 2.17 ك [3] | 1 مللي كلفن في صفر الحقل المغناطيسي " gtc:prefix="" gtc:mediawiki-xid="11" gtc:temp>[11] |
الهليوم السائل (في زجاجة الفراغ) في 4.2K و1 ضغط جوي، الغليان ببطء.
نقطة تحول لامبدا: خلال تبريد السائل على درجة حرارة 2.17ك يصبح الغليان عنيفا بشكل فجائي للحظة ثم يتوقف تماما.
شكل فاثق السيولة عند درجة حرارة 2.17 أو أقل. (لا يغلي) لا غليان
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أنظر أيضاً
المصادر
- J. Wilks (1967). The Properties of Liquid and Solid Helium. Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-851245-7.
- Freezing Physics: Heike Kamerlingh Onnes and the Quest for Cold , Van Delft Dirk (2007). Edita - The Publishing House Of The Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences. ISBN 9789069845197.