Supratekutá látka

Vlastnosti ⁴He nad teplotou 2,17 K (tzv. lambda bod T_λ), kvôli tomu sa aj zaviedol názov He I pre T>T_λ a He II pre T<T_λ. Najmarkantnejšie sa rozdiely vo vlastnostiach He I a He II prejavujú vo viskozite a tepelnej vodivosti. V roku 1938 Kapica meral viskozitu He II. He II pretekalo veľmi úzkou štrbinkou medzi vybrúsenými diskami. Z pokusu vyplynul záver, že ak má He II nejakú konečnú hodnotu viskozity, tak je najmenej miliónkrát nižšia než viskozita He I. Aj ďalšie experimenty preukázali v podstate nulovú viskozitu He II.

Vysvetlenie fyzikálnej podstaty supratekutosti nie je jednoduché. He II v množstve pokusov vykazovalo existenciu viskóznych trecích síl. Z toho plynulo, že He II sa správa ako supratekutá a viskózna látka súčasne. Tento "paradox" je dôležitou časťou popisu fyzikálnych vlastností He II, ide o tzv. dvojkvapalinový model, ktorým možno vysvetliť veľa vlastností. Prvý pokus o dvojkvapalinový model je z roku 1938 od maďarského fyzika Lászlóa Tiszu (pozri časopis Nature 141 z roku 1938). Podľa jeho modelu sa He II správa ako zmes dvoch zložiek. Normálnej, ktorá ma konečnú viskozitu a supratekutej - bez viskozity. Je však veľmi dôležité si uvedomiť, že nemožno konkrétne atómy hélia priradiť tej-ktorej zložke, pretože ide o bozóny a teda majú celočíselný spin a neriadia sa Pauliho vylučovacím princípom a platí pre ne Boseho-Einsteinove rozdelenie. Teda v totožnom stave (z hľadiska kvantovo-mechanického) môže existovať celý súbor častíc (atómov). Dvojkvapalinový model je čisto fenomenologický. Základným predpokladom je nezávislosť oboch zložiek. Hustota He II daná vzťahom ${\displaystyle \varrho =\varrho _{n}+\varrho _{s}}$, kde ${\displaystyle \varrho _{n}}$ je hustotou normálnej a ${\displaystyle \varrho _{s}}$ hustotou supratekutej zložky. Podobne pre prúdovú hustotu platí: ${\displaystyle {\vec {j}}=\varrho _{n}\cdot {\vec {v}}_{n}+\varrho _{s}\cdot {\vec {v}}_{s}}$ . Tento vzťah platí dobre pre malé rýchlosti prúdenia, kde možno zanedbať turbulenciu medzi zložkami.

• SKRBEK, Ladislav a kol. Fyzika nízkých teplot. 1. vyd. Praha : Matfyzpress, 2011. ISBN 978-80-7378-168-2. (po česky)
• ŠAFRATA ... [ET AL.], R.S.. Fyzika nízkých teplot. 1. vyd. Praha : Matfyzpress, 1998. Vo formáte PDF, veľkosť 25,5 MB. Dostupné online. ISBN 80-85863-19-7. (po česky)

Fyzikálny portál Chemický portál

• Skupina supratekutosti na katedre fyziky nízkych teplôt MFF UK Praha