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    液氦具有一系列引人注目的特點,主要表現(xiàn)在以下幾方面。
    超流動性普通液體的粘滯度隨溫度的下降而增高,與此不同,HeⅠ的粘滯度在溫度下降到2.6K左右時,幾乎與溫度無關(guān),其數(shù)值約為3×10-6帕秒,比普通液體的粘滯度小得多。在2.6K以下,HeⅠ的粘滯度隨溫度的降低而迅速下降。HeⅡ的粘滯度在λ點以下的溫度時立刻降至非常小的值(<10-12帕秒),這種幾乎沒有粘滯性的特性稱為超流動性。用粗細不同的毛細管做實驗時,發(fā)現(xiàn)流管愈細,超流動性就愈明顯,在直徑小于10-5厘米的流管中,流速與壓強差和流管長度幾乎無關(guān),而僅取決于溫度,流動時不損耗動能。
    氦膜任何與HeⅡ接觸的器壁上覆蓋一層液膜,液膜中只包含無粘滯性的超流體成分,稱為氦膜。氦膜的存在使液氦能沿器壁向盡可能低的位置移動。將空的燒杯部分地浸于HeⅡ中時,燒杯外的液氦將沿燒杯外壁爬上杯口,并進入杯內(nèi),直至杯內(nèi)和杯外液面持平。反之,將盛有液氦的燒杯提出液氦面時,杯內(nèi)液氦將沿器壁不斷轉(zhuǎn)移到杯外并滴下。液氦的這種轉(zhuǎn)移的速率與液面高度差、路程長短和障壁高度無關(guān)。
    對HeⅡ性質(zhì)的理論研究首先由F.倫敦作出。4He原子是自旋為整數(shù)的玻,倫敦把HeⅡ看成是由玻組成的玻色氣體,遵守玻色統(tǒng)計規(guī)律,玻色統(tǒng)計允許不同粒子處于同一量子態(tài)中。倫敦證明了存在一個臨界溫度Tc,當溫度低于Tc時,一些粒子會同時處于零點振動能狀態(tài)(即基態(tài)),稱為凝聚,溫度愈低,凝聚到零點振動能狀態(tài)的粒子數(shù)就愈多,在零度時,全部粒子都凝聚到零點振動能狀態(tài),以上現(xiàn)象稱為玻色-愛因斯坦凝聚。L.蒂薩認為HeⅡ的超流動性起因于玻色-愛因斯坦凝聚。由于已凝聚到基態(tài)的HeⅡ原子具有的零點振動能,故有極大的平均自由程,能夠幾乎無阻礙地通過極細的毛細管。蒂薩首先提出二流體型,后來L.D.朗道修正和補充了此模型。二流體模型認為HeⅡ由兩部分獨立的、可互相滲透的流體組成,一種是處于基態(tài)的凝聚部分,熵等于零,無粘滯性,是超流體;另一種是處于激發(fā)態(tài)(未凝聚)的正常流體,熵不等于零,有粘滯性。兩種流體的密度之和等于HeⅡ的總密度,溫度降至λ點時,正常流體開始部分地轉(zhuǎn)變?yōu)槌黧w,溫度愈低,超流體的密度愈大,而正常流體的密度則愈小,在零度時,所有原子都處于凝聚狀態(tài),全部流體均為超流體。利用這個二流體模型可解釋關(guān)于液氦的許多力學和熱學性質(zhì)。
    熱傳導性
    HeⅠ具有普通流體的導熱率,因而當減小壓強時,液氦出現(xiàn)激烈的沸騰現(xiàn)象。HeⅡ的導熱率要比HeⅠ高出106倍,比銅高出104倍。當溫度越過λ點,HeⅠ轉(zhuǎn)變?yōu)镠eⅡ時,液氦從很壞的熱導體突然變?yōu)榈侥壳盀橹篃釋w。由于HeⅡ的導熱率異乎尋常地高,其內(nèi)部不可能出現(xiàn)溫差,因而內(nèi)部不可能汽化,即不能沸騰。當利用抽氣方法減低蒸氣壓時,開始階段出現(xiàn)激烈的沸騰,溫度降低至λ點以下時,HeⅠ轉(zhuǎn)變?yōu)镠eⅡ,沸騰突然停止,液面平靜如鏡,汽化只發(fā)生在液面。正常流體的導熱率與溫度梯度無關(guān),純粹是反映物質(zhì)性質(zhì)的量,但HeⅡ的導熱率卻與溫度梯度甚至容器的幾何形狀有關(guān)。
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    氦在通常情況下為無色、無味的氣體;熔點-272.2℃(25個大氣壓),沸點-268.785℃;密度0.1785克/升,臨界溫度-267.8℃,臨界壓力2.26大氣壓;水中溶解度8.61厘米³/千克水。氦是不能在標準大氣壓下固化的物質(zhì)。液態(tài)氦在溫度下降至2.18K時(HeⅡ),性質(zhì)發(fā)生突變,成為一種超流體,能沿容器壁向上流動,熱傳導性為銅的800倍;其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。
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    天然氣中的氦氣是鈾之類的放射性元素衰變的產(chǎn)物。只有在天然氣礦附近有鈾礦時,氦氣才能在天然氣中匯集。美國生產(chǎn)的氦氣要占世界總產(chǎn)量的80%以上。
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    氦氣在高真空裝置、核反應堆、宇宙飛船中用作檢漏劑和掃氣。氦氣密度比空氣小很多,常被充入氣球和飛艇,帶人們在空中飛翔。氦氣化學性質(zhì)不活潑,使氦氣熱氣球和飛艇比氫氣熱氣球和飛艇更為安全。
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