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凝縮する前に、ヘリウムを4Kに冷却する必要があるのはなぜですか?

低温でのヘリウムのユニークな行動は、その弱い原子間力に由来しています。凝縮のために4Kに冷却する必要がある理由の内訳は次のとおりです。

1。弱い原子間力:

*ヘリウム原子は非常に小さく、互いに非常に弱い魅力を持っています。これは、閉シェル電子構成によるものであるため、非常に安定しています。

* van der Waals力として知られるこれらの弱い力は、分子を液体と固体に一緒に保持する責任があります。

2。高動態エネルギー:

*室温では、ヘリウム原子の運動エネルギーが高くなっています。これは、彼らが非常に急速に動いており、常に互いに衝突していることを意味します。

*弱い原子間力は、この運動エネルギーを克服し、液体状態に原子を一緒に保持するほど強くありません。

3。臨界温度と圧力:

*あらゆる物質が凝縮するには、臨界温度を下回る必要があります。この温度では、原子の運動エネルギーが弱い原子間力が克服するのに十分低くなっています。

*ヘリウムの臨界温度は5.2kです。これは、原子の運動エネルギーを克服するために、脆弱な原子間力がほぼ絶対ゼロ(0ケルビン)まで冷却する必要があることを意味します。

4。 4Kでの凝縮:

*ヘリウムが5.2Kの臨界温度を下回ると、液体状態に凝縮し始めます。

* 4Kでは、ヘリウム原子の運動エネルギーは、弱い原子間力がそれらを液体にまとめるのに十分低くなります。

* 2.17kにさらに冷却すると、液体ヘリウムをスーパーフルイドに変換し、粘度ゼロのような驚くべき特性を示します。

要約:

ヘリウムの臨界温度と弱い原子間力は、原子の運動エネルギーを克服し、液体に凝縮するために非常に低い温度を必要とすることを意味します。このユニークな動作により、ヘリウムは超伝導性研究やMRIマシンなどの用途にとって優れた極低温液です。

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