Hallo Experten
Hier eine echte Insider-Frage, glaube ich. Meine Recherche war
erfolglos.
Warum folgt aus dem Springbrunneneffekt von suprafluessigem Helium,
dass dessen Entropie Null sein muss?
Danke, Tychi
Hi Tychi!
Hier eine echte Insider-Frage, glaube ich. Meine Recherche war
erfolglos.
Warum folgt aus dem Springbrunneneffekt von suprafluessigem
Helium,
dass dessen Entropie Null sein muss?
Ich würde eher sagen, dass die Kausalität anders herum gerichtet ist. Dadurch, dass He II keine Entropie besitzt, kann der Springbrunneneffekt überhautp erst zutage treten.
He II besitzt deswegen keine Entropie, weil unterhalb des Lambdapunktes bei 2.17 K ein Teil der Moleküle der sogenannten Bose-Einstein-Kondensation unterliegt. Dabei begibt sich 1 - (T/T_lambda)^1.5 des gesamten Heliums in einen Zustand niedrigster Energie. Das geht, weil Helium als symmetrisches Teilchen ein Boson ist, und Bosonen nicht dem Pauli-Prinzip unterliegen. Dieses besagt, dass Fermionen (also unsymmetrische Teilchen) nie den gleichen Quantenzustand einnehmen können. Da sich nun suprafluides Helium in einem Bose-Einstein-Kondensat befindet, sind alle Teilchen ununterscheidbar geworden - es existiert also de facto nur noch ein Mikrozustand. Das ist gerade die Definition von Entropie 0. Die Thermodynamik besagt jetzt, dass ein Zustand der Entropie 0 keine thermische Energie mehr tragen kann; alle thermische Energie wird von der nicht-suprafluiden Komponente aufgenommen.
Das führt zu folgender interessanter Erscheinung: Wenn ich irgendwo in diesem Gemisch aus suprafluidem und „normalem“ Helium Wärme zuführe, dann kann diese Wärme nur von „normalem“ Helium aufgenommen werden. Dazu muß also ein Teil des suprafluiden Heliums wieder auf den harten Boden der viskosen Tatsachen zurückgeholt werden. Dieses suprafluide Helium fehlt nun an der lokal erwärmten Stelle und von den kälteren Regionen strömt suprafluides Helium nach, um den osmotischen Gradienten auszugleichen. Der Springbrunneneffekt nutzt nun die geringe Viskosität von Helium II aus: In einem kleinen Kompartment mit porösem Boden befindet sich die selbe Mixtur aus He I und He II wie im He-Reservoir. Das Kompartment wird geringfügig erhitzt, suprafluides Helium wird zu „normalem“ und neues suprafluides Helium strömt von unten in das Kompartment ein. Das „normale“ Helium kommt aber aufgrund seiner hohen Viskosität da nicht mehr raus - einziger Ausweg ist nach oben. Und das ist der bekannte Springbrunneneffekt.
Ich hoffe, das war halbwegs verständlich… 
Ciao Christoph C>