Nós todos sabemos que o hélio é um gás usado para encher balões ou até mesmo para modificar nossas vozes. Que também é de extrema importância por atuar como refrigerante para os dispositivos médicos e para a instrumentação científica No entanto, o Hélio tem uma utilização menos conhecida, que é a de que ele possuiu dois estados líquidos diferentes, um dos quais é verdadeiramente estranho, na fronteira do assustador.
O estado líquido I do Hélio ocorre entre 2,18 K e 4,22 K (entre -270,97ºC e -268,93ºC). Nesse estado ele é quase invisível, os cientistas precisam fazer objetos flutuarem sobre ele para saber onde se encontra a superfície do líquido.
Isso porque esse estado é ao mesmo tempo transparente e ligeiramente mais leve que o vácuo ou a atmosfera terrestre.
Entretanto, quando ele atinge temperaturas próximas a 2.18 K que as coisas começam a ficar realmente estranhas. Esse vídeo da BBC dá uma boa ideia:
Isso porque esse estado é ao mesmo tempo transparente e ligeiramente mais leve que o vácuo ou a atmosfera terrestre.
Entretanto, quando ele atinge temperaturas próximas a 2.18 K que as coisas começam a ficar realmente estranhas. Esse vídeo da BBC dá uma boa ideia:
Para compreender o que está acontecendo é necessário dar-se conta que todos os fluidos que nós conhecemos possuem viscosidade. As partículas no interior do fluido interagem (podemos usar a palavra “raspar”) com as outras enquanto fluem, criando fricção.
Algumas vezes a viscosidade é óbvia, tal como observado no mel. Com a água, nós mal conseguimos observá-la, o que não significa que a água não seja viscosa, só que muito menos que outros líquidos.
Entretanto, um “super-fluido” não possui viscosidade alguma. Não se trata de apenas um pouco de viscosidade, mas sim de absolutamente nenhuma viscosidade.
O estado líquido II do Hélio contém uma mistura de material super-fluido e não super-fluido. Inteiramente livre de forças friccionais o Hélio II escala as paredes, passa através de orifícios que bloqueiam o avanço do Hélio I, e conduz calor um milhão de vezes melhor que o Hélio I e centenas de vezes mais facilmente que elementos químicos metálicos.
Ah, e eu já falei que ele produz uma fonte “sem fim”?
Algumas vezes a viscosidade é óbvia, tal como observado no mel. Com a água, nós mal conseguimos observá-la, o que não significa que a água não seja viscosa, só que muito menos que outros líquidos.
Entretanto, um “super-fluido” não possui viscosidade alguma. Não se trata de apenas um pouco de viscosidade, mas sim de absolutamente nenhuma viscosidade.
O estado líquido II do Hélio contém uma mistura de material super-fluido e não super-fluido. Inteiramente livre de forças friccionais o Hélio II escala as paredes, passa através de orifícios que bloqueiam o avanço do Hélio I, e conduz calor um milhão de vezes melhor que o Hélio I e centenas de vezes mais facilmente que elementos químicos metálicos.
Ah, e eu já falei que ele produz uma fonte “sem fim”?
Todos esses efeitos são explicados pela mecânica quântica – algo que normalmente ocorre em uma escala tão pequena que nós não conseguimos perceber. Apesar de ser mais um líquido do que um gás super-resfriado, existem fortes similaridades com o Condensado de Bose-Einstein (BEC) que também é um superfluido (e ele consegue fazer coisas ainda mais estranhas que o Hélio II, mas é muito mais difícil de produzir).
O efeito de escalar paredes ocorre na forma de um filme de 30 milionésimos de milímetro de espessura. O Hélio “rasteja” em direção a lugares mais quentes onde ele pode evaporar, mesmo se isso exija que ele desafie a gravidade para chegar lá.
É também uma excelente ilustração das forças capilares que fazem com que a água suba por um tubo pequeno, só que a elevado a um grau espantosamente alto no caso do Hélio II.
Muitos dos frascos que usamos possuem pequenos buracos, mas os líquidos não escapam deles porque sua viscosidade previne qualquer coisa de fluir por ali. Ou seja, sem viscosidade = um vazamento enorme.
A condutividade térmica funciona de uma forma muito diferente da condução térmica em muitos materiais. O calor flui através do ar (como o som), movendo a 20 m/s a temperaturas em torno de 1K.
O efeito fonte ocorre quando uma câmara está separada do Hélio II por uma barreira que permita a passagem do super-fluido, mas que impeça a passagem de líquidos não super-fluidos.
O aquecimento da câmara causa a perda da condição de super-fluido do Hélio II. Um balanço é mantido para a proporção de Hélio super-fluido e não super-fluido em cada lado da barreira, de forma que o super fluido extra passa através, incrementando a pressão e produzindo uma fonte.
O efeito foi descoberto por acidente quando o experimentador Jack Allen aproximou um isqueiro do equipamento, aquecendo a câmara o suficiente para iniciar o efeito.
O efeito de escalar paredes ocorre na forma de um filme de 30 milionésimos de milímetro de espessura. O Hélio “rasteja” em direção a lugares mais quentes onde ele pode evaporar, mesmo se isso exija que ele desafie a gravidade para chegar lá.
É também uma excelente ilustração das forças capilares que fazem com que a água suba por um tubo pequeno, só que a elevado a um grau espantosamente alto no caso do Hélio II.
Muitos dos frascos que usamos possuem pequenos buracos, mas os líquidos não escapam deles porque sua viscosidade previne qualquer coisa de fluir por ali. Ou seja, sem viscosidade = um vazamento enorme.
A condutividade térmica funciona de uma forma muito diferente da condução térmica em muitos materiais. O calor flui através do ar (como o som), movendo a 20 m/s a temperaturas em torno de 1K.
O efeito fonte ocorre quando uma câmara está separada do Hélio II por uma barreira que permita a passagem do super-fluido, mas que impeça a passagem de líquidos não super-fluidos.
O aquecimento da câmara causa a perda da condição de super-fluido do Hélio II. Um balanço é mantido para a proporção de Hélio super-fluido e não super-fluido em cada lado da barreira, de forma que o super fluido extra passa através, incrementando a pressão e produzindo uma fonte.
O efeito foi descoberto por acidente quando o experimentador Jack Allen aproximou um isqueiro do equipamento, aquecendo a câmara o suficiente para iniciar o efeito.
Fonte: hypescience ; Mosaicum ;
