La superfluidez es un fenómeno muy raro que ocurre a temperaturas extremadamente frías. Solo se observa en el helio porque solo el helio permanece fluido a esas temperaturas.
Digamos que tienes un contenedor de gas. Sigues quitando energía. En otras palabras, lo estás enfriando. Remueves tanta energía que ahora todos los átomos se sientan en el estado de energía más bajo. Al ver que ya están en su estado de energía más baja, nada más puede eliminarla de la energía, por ejemplo: ni la gravedad ni la fricción. Por eso, si mantiene el helio superfluido en un recipiente, saldrá espontáneamente (se deslizará a lo largo de las paredes del recipiente). Si miras la imagen de abajo, puedes ver una gota en la parte inferior. Es debido a este tipo de arrastramiento que sube por la pared interior, fluye a lo largo de la pared exterior y se acumula en la parte inferior (centro) como una gota.
También muestra otras propiedades notables, como no tener una viscosidad medible. La viscosidad es la respuesta de un fluido al esfuerzo cortante que también se puede entender como la resistencia interna de un fluido al flujo. Naively dijo, así es como un líquido es “pegajoso”. Por ejemplo, el aceite es más “pegajoso” que el aire y, por lo tanto, más “viscoso”. Esta naturaleza viscosa es importante porque ayuda a las moléculas de fluido a “pegarse” a otras cosas y entre sí. Si, por ejemplo, el aire no fuera viscoso, encender el ventilador no tendría ningún efecto, ya que las moléculas de aire no se pegarían al ventilador, por lo que el ventilador no puede transmitir energía cinética al aire y, por lo tanto, no puede moverlo y enfriarlo.
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Volviendo al tema en cuestión, el superfluido no tiene una viscosidad medible, por lo que si coloca un ventilador dentro de un contenedor de superfluido y coloca otra cosa en el fluido, no debería sentir el efecto del ventilador en el interior. ¿Pero adivina que? ¡Lo hace! Esto nos llevó a creer que en un contenedor de “superfluido” el helio es en realidad una mezcla de componentes normales y superfluidos a temperaturas no nulas. La siguiente gráfica muestra las concentraciones con respecto a las temperaturas. Ps / P es densidad superfluida / densidad total y Pn / P es densidad de helio líquido normal / densidad total. Puede ver que la densidad superfluida / densidad total se aproxima a 1 cuando las temperaturas se acercan al cero absoluto, lo que significa que todo el helio en su recipiente se volverá superfluido solo cuando alcance el cero absoluto y cualquier temperatura más alta dará como resultado una fracción apropiada del helio normal en el envase. El helio normal es viscoso, por lo que cualquier otra cosa en el recipiente sentirá el efecto del ventilador girando en su interior.
ref: Dos modelos fluidos de superfluido helio (He II, Superfluidez)
Algunas cosas más sorprendentes sobre Superfluid He:
1.) El estado superfluido es su propio estado de la materia, el Condensado de Bose Einstein . Toda la materia normal está hecha de fermiones (los electrones, los protones, los neutrones son todos fermiones) en el sentido de que obedecen a las estadísticas de fermi-dirac, que es lo que indica que no a los fermiones que son exactamente iguales no pueden ocupar el mismo estado de energía al mismo tiempo. instante de tiempo (la verdadera razón por la que ocurren los accidentes)
Sin embargo, los bosones no tienen tal restricción y las reglas permiten que cualquier número de bosones idénticos ocupen el mismo estado de energía; un ejemplo válido sería el láser (varios fotones ocupan el mismo estado de energía en coherencia)
Una característica importante que les permite comportarse de manera diferente son sus giros. Los fermiones tienen giros fraccionados, los bosones tienen giros de números enteros.
El helio es obviamente una materia normal, lo que significa que comienza con tener protones y electrones normales con giros +/- 1/2 pero, cuando te acercas a temperaturas frías, estos fermiones forman pares, creando giros de números enteros (+ 1/2, + 1 / 2 = 1) (+ 1/2, -1 / 2 = 0) esto significa que estos pares comienzan a comportarse como bosones, lo que permite que estos pares inunden un solo estado de energía, causando la condensación de Bose-Einstein, que es su propio estado de importar
2.) ¡El Helio Superfluido tiene cero entropía!
3.) El helio nunca se solidifica a presiones atmosféricas normales.