Den vanlige isotopen av helium med atommasse 4, er i væskefase når dens temperatur er lavere enn 4,2 K. Selv ved avkjøling helt ned mot 0 grader kelvin forblir helium i væskefasen, og går ikke over i fast form med mindre trykket er større enn 25 atm. Ved en temperatur på 2,172 K, kalt λ-temperaturen, er det for 4He en overgang mellom ordinær væskeform, kalt helium I, til en superflytende form, kalt helium II. Helium II er helt uten viskositet.

Superflytende helium kan f.eks. renne gjennom meget tynne rør uten noen friksjon, dersom hastigheten ikke er for stor. Men hvis hastigheten er større enn en «kritisk hastighet», øker friksjonen raskt. For tynne rør (en liten brøkdel av en millimeter) er den kritiske hastigheten ca. 10 m/s, og for rør med diameter på 1 mm er den på ca. 1 mm/s.

Naturlig helium består også av en isotop med atommasse 3. Denne utgjør bare ca. 0,00013 %, men er fremstilt i ren tilstand i kjernereaktorer. 3He er i væskeform ved lavere temperatur enn 3,2 K, den er superflytende under 0,001 K, og kan eksistere i fast form kun hvis trykket er over 34 atm. I en blanding av 4He og 3He er λ-temperaturen lavere jo større andel det er av 3He. Ved 4,2 K er 4He fargeløs og har densitet 0,125 g/cm3 (1/8 av densiteten til vann).

Når flytende helium avkjøles fra 4,2 K, koker den inntil λ-temperaturen nås. Idet helium-væsken blir superflytende, slutter kokingen. I den superflytende tilstanden har helium en ekstremt stor termisk ledningsevne, flere hundre ganger så stor som ledningsevnen for de best ledende metaller, f.eks. kobber. Dette forklarer hvorfor superflytende helium ikke koker. Pga. den store ledningsevnen avgis varme ved fordampning bare fra et tynt lag ved overflaten av væsken.

Ved temperaturer mellom 2,172 K og ca. 1 K kan egenskapene til flytende helium beskrives ved å bruke en tokomponentmodell fremsatt av L. Landau i 1941. Ifølge denne modellen består flytende helium både av helium I og helium II, der andelen av helium II er større jo lavere temperaturen er. Når temperaturen nærmer seg λ-temperaturen, er andelen av helium II svært liten, og den kritiske hastigheten synker mot null. Da må væsken strømme meget langsomt for å være superflytende. Alle flater i kontakt med flytende helium dekkes raskt av en tynn film (ca. 10 nanometer tykk) av helium. For He II er denne filmen superflytende.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.