SUPERFLUIDITÉ

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La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K

La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K
Crédits : Reproduced with permission from the School of Physics & Astronomy, University of St Andrews © University of St Andrews.

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Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide

Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Effet fontaine de l’hélium superfluide

Effet fontaine de l’hélium superfluide
Crédits : Reproduced with permission from the School of Physics & Astronomy, University of St Andrews © University of St Andrews.

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Tourbillons quantiques dans un superfluide en rotation

Tourbillons quantiques dans un superfluide en rotation
Crédits : Yarmchuk et al, 1979, Phys. Rev. Lett., 43(3): 214, avec l'autorisation de R. Packard ; Goa et al, 2001 Supercond. Sci. Technol. 14 729, courtesy of University of Oslo, Department of Physics ; avec l'autorisation de Jean Dalibard

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Les propriétés singulières de l’hélium 4 à la lumière de la théorie de la superfluidité

Quelques propriétés spectaculaires de l’hélium 4

C'est à Leyde en 1908 que Kamerlingh Onnes avait réussi pour la première fois à liquéfier l'hélium 4, à 4,2 K sous pression atmosphérique, mais il ne découvrit pas sa superfluidité. Les premières propriétés étonnantes de l'hélium liquide ont été découvertes en 1932 par John McLennan, à Toronto. Celui-ci s'aperçut en effet que ce liquide cessait de bouillir près du zéro absolu de température, c'est-à-dire près de 0 kelvin. En 1936-1937, Willem et Ania Keesom (Leyde, Pays-Bas), puis John Allen, Rudolf Peierls et Zaki Uddin (Cambridge, Royaume-Uni) découvrirent que ce liquide très froid conduisait étonnamment bien la chaleur, ce qui expliquait l'absence d'ébullition (Allen, 1937).

La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K

La superfluidité de l’hélium en dessous de 2,2 K

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L'ébullition de l'hélium liquide révèle la température à laquelle la superfluidité apparaît. À gauche : l'hélium liquide bout  au-dessus de 2,2 kelvins (2,2 K = – 271 0C). À droite : il cesse de bouillir en dessous de cette température critique (2,2 K) [photographies... 

Crédits : Reproduced with permission from the School of Physics & Astronomy, University of St Andrews © University of St Andrews.

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En 1932-1935, Willem et Ania Keesom avaient aussi mesuré la chaleur spécifique de l'hélium liquide – c'est-à-dire la quantité de chaleur nécessaire pour élever sa température par degré et par unité de masse – et découvert que cette chaleur, tracée en fonction de la température de leur échantillon, présentait un maximum pointu en forme de lettre grecque lambda (Keesom, 1932, 1935). Ils avaient donc baptisé « point lambda » – ou Tλ – la température en dessous de laquelle cet étrange phénomène avait lieu. Cela suggérait que l'hélium liquide changeait d'état, devenait plus ordonné en dessous de Tλ dont on sait aujourd'hui que la valeur précise est 2,176 K. On appela « hélium I » le liquide normal au-dessus de Tλ et « hélium II » le liquide anormal qui apparaît en dessous de Tλ.

Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide

Singularité de la chaleur spécifique de l’hélium liquide

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En 1932-1935, à l'université de Leyde, Willem Keesom et sa fille Ania ont mesuré la variation de la chaleur spécifique C de l'hélium liquide au voisinage de 2,2 degrés absolus (2,2 K). C'est la quantité de chaleur (cal) nécessaire pour réchauffer un gramme d'un degré. La courbe... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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À Toronto, en 1935, E. F. Burton mesura la viscosité de l'hélium liquide en y faisant osciller une pièce cylindrique et montra que celle de l'hélium II était inférieure à celle de l'hélium I ; mais c'est seulement fin 1937 que Kapitsa, à Moscou, et John Allen, à Cambridge, démontrèrent que la viscosité de l'hélium liquide devenait anormale à basse température. Kapitsa montra que l'hélium II semb [...]


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Écrit par :

  • : directeur de recherche CNRS au département de physique de l'École normale supérieure, Paris

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FLUIDE, physique

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  • Étienne GUYON
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Dans le chapitre « Quelques types de fluides »  : […] La viscosité ne suffit pas à caractériser de nombreux systèmes fluides. Sans entrer dans le détail de systèmes dont les propriétés d'écoulement n'obéissent pas à la loi de Newton, quelques espèces fluides se dégagent. Tout d'abord, de nombreux matériaux apparaissent solides si on les sollicite assez vite et liquides dans le cas contraire. On parle de viscoélasticité pour caractériser de tels comp […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fluide-physique/#i_3376

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  • Jean MATRICON, 
  • Georges WAYSAND
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Dans le chapitre « Deux états paradoxaux : supraconductivité et superfluidité »  : […] L'état supraconducteur fut découvert en 1911 par Kamerlingh Onnes au cours d'une expérience où il étudiait l'effet des très basses températures, que venait de lui rendre accessible la liquéfaction de l'hélium, sur la conductivité électrique des métaux. À 4,19 K, la résistance au courant électrique du mercure devient nulle, c'est-à-dire indécelable à quelque précision que ce soit. Cet effet specta […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/froid-physique/#i_3376

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  • Paul ALLAMAGNY, 
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Dans le chapitre « Hélium I et hélium II »  : […] L'énergie de point zéro explique aussi le point critique particulièrement bas de l'hélium (5,20 K ; 2,29 bars) et sa faible masse volumique (0,125 g/cm 3 au point normal d'ébullition de 4,22 K), mais non la transition sans chaleur latente que l'on observe dans le liquide à la température de 2,17 K appelée point λ. À cette température, la capacité thermique et le coefficie […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gaz-rares/#i_3376

KAPITSA PIOTR LEONIDOVITCH

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Physicien américain d'origine allemande, né le 7 mars 1900 à Breslau, en Allemagne (auj. Wroc|law, Pologne), mort le 30 mars 1954 à Durham (Caroline du Nord). Fritz Wolfgang London obtient son doctorat de philosophie à l'université de Munich en 1921, puis se tourne en 1925 vers la physique théorique qu'il étudie auprès d'Arnold Sommerfeld. Il travaille alors avec Erwin Schrödinger à l'université d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fritz-london/#i_3376

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Pour citer l’article

Sébastien BALIBAR, « SUPERFLUIDITÉ », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 octobre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/