液态氦yetaihai

以液体形态存在的氦。氦原子是球形对称的，其原子间的相互作用比其它物质都小；氦原子的质量小，因而具有很高的零点能(液氦的零点能约为210焦耳/摩尔，约为其汽化热的3倍)。氦的这两个特性使得它很难液化。通常它总以气态存在，只有在极低温时才能以液态存在，因而氦是最后一个被液化的气体。氦有两种稳定的同位素，即⁴He和³He。⁴He的临界温度是5.20K，临界压强是2.26×10⁵帕(2.26大气压)。在10⁵帕(1大气压)下，⁴He的沸点是4.215K,³He的沸点是3.191K，当氦气的温度降到沸点时，它才会液化。欲使氦液化，可以先用液氢使氦预冷到-252.8℃，再经节流膨胀使氦气降温变成液态。液氦是1908年首先由昂纳斯在荷兰的莱顿城制得的。⁴He的相图上没有三相点，在沸点以下直至最低温度(～10^-6K)为止，它一直保持液态，而且是温度趋于绝对零度时仍保持液态的唯一物质，只有当压强高于25×10⁵帕(25大气压)时，它才能凝成固态。液氦在-269℃时的表面张力是0.12×10^-3牛顿/米。液氦的密度也非常小，在-268.9℃时为0.26×10^-3千克/米³。液⁴He具有性质完全不同的两个液态相—HeⅠ和HeⅡ。两相间的转变温度称为λ点。对应不同的压强，λ点的数值不同。在10⁵帕(1大气压)下，当温度降至2.172K时，液⁴He发生二级相变，由HeⅠ转变为HeⅡ。压强增大时，转变温度降低。在λ点，比热值不连续，但潜热为零。液⁴He的密度在λ点有极大值，在λ点以下随温度的降低反而略有减小，趋于常数，这表明HeⅡ体膨胀系数为负。介电常数在λ点也不连续。λ点以下，HeⅡ传热本领特强，比金属在室温下的热导率高几百倍。HeⅠ具有普通粘性流体的性质，而HeⅡ却具有许多奇异的性质。例如，HeⅡ具有超流动性，即它可以完全无阻地流经极细的管道或狭缝而不耗损其动能。该特性是П.Л.卡皮察在1938年发现的，他发现HeⅡ流经间隙小于10^-7米的狭缝时，粘度系数小于10-¹²帕·秒。氦膜流动是HeⅡ超流动性的又一表现。氦膜是覆盖于与液氦相接触的物体表面的一层极薄的膜，其厚度约为50～100个原子厚度。当一容器浸入HeⅡ液池中，若开始时容器中液面低于外液池液面，则液体会通过氦膜完全无阻地沿器壁流入容器，直至内外液面相平。HeⅡ的另一奇异性质是喷泉效应。把一个开口容器填以极细的金钢砂细粉，置于HeⅡ池中，通过加热器使容器中的温度略高于外液池温度，这时HeⅡ即由氦池进入容器，使内液面升高，若容器的上端开有细嘴，则液体会从细嘴向上喷出，犹如喷泉，曾经观测到高达3×10^-2米的喷泉。喷泉效应是由于温度升高时压强增加而引起的。这个独特的现象首先是由Allen和Jones在1938年发现的。液³He根本不具有三相点，在绝对零度时要对其施加34×10⁵帕(34个大气压)才能使它固化。由于³He的正常沸点比⁴He的低，因此抽去³He蒸气可能产生的温度比由⁴He所能得出的还要低，把³He的蒸气压减低到3.2帕时，可以达到0.4K的温度。液³He在约1K以上的温度也显示出负的热膨胀系数。1972年D.D.奥舍罗夫等人在0.002K的低温下发现了两个新的³He相，即³He-A相和³He-B相，均为超流相。
实验发现，当温度高于0.87K时，³He和⁴He是完全互溶的溶液；当温度低于0.87K时，溶液则分离成两相：稀³He相（稀释相）和浓³He相（浓缩相）。两相分离后，³He原子从浓缩相进入稀释相是一个熵增加的过程，会产生致冷效果。利用这一原理制成的稀释致冷机，是获得极低温的重要手段。