Temperatur und Teilchenmodell

CC BY-SA 3.0 Aarchiba

Nicht nur bezüglich ihrem elektrischen Widerstand zeigen Materialien bei sehr tiefen Temperaturen ein besonderes Verhalten. Auch in ihren Fließeigenschaften können erstaunliche Phänomene beobachtet werden. Kühlt man Helium unter die Temperatur von ca. 2,2 K so zeigt ein Teil dieser Flüssigkeit völlig abnorme Eigenschaften:

• Die Flüssigkeit verliert seine innere Reibung total und kann kleinste Poren und Ritzen durchdringen. Man bezeichnet diesen Zustand als den suprafluiden Zustand des Heliums
• Wird diese Flüssigkeit zum Wirbeln angeregt, so bleibt dieser Zustand nahezu unbegrenzt erhalten.
• Die Wärmeleitfähigkeit des suprafluiden Heliums ist um viele Größenordnungen höher als die des normalen Heliums.
• Das suprafluide Helium zeigt das sogenannte "Film-Fließen" (vgl. Bild rechts)
  Die suprafluide Flüssigkeit, welche sich in zwei verschiedenen Gefäßen mit unterschiedlicher Pegelhöhe befindet, kann die Gefäßwände solange empor kriechen, bis es zu einem Pegelausgleich in den Gefäßen gekommen ist.

Springbrunneneffekt

Joachim Herz Stiftung

Superfluides Helium kann die Membran (z.B. aus Aluminiumoxid) durchdringen, normales Helium dagegen nicht. Das superfluide Helium (T < 2,2 K) dringt durch die Membran von unten in den Behälter. Durch Wärmezufuhr, bspw. durch das Bestrahlen mit Licht, wird die Flüssigkeit oberhalb der Membran zu normalem flüssigem Helium (2,2K < T < 4,2K), welches die Membran nicht durchdringen kann. Auf diese Weise steigt der Druck im Behälter soweit an, dass sich eine Helium-Fontaine bildet.

Das Video in Abb. 3 zeigt ab Minute 2:11 anschaulich den Springbrunneneffekt im Experiment.