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Conduction thermique
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Conduction thermique

Dans un fluide

Un peu en dessous de 2 kelvins, l’hélium superfluide conduit mieux la chaleur que le cuivre, pourtant un excellent conducteur. C’est parce que grâce à la superfluidité, du liquide peut se déplacer facilement des régions chaudes vers les régions froides ce qui permet une conduction thermique par convection, un phénomène beaucoup plus efficace que la diffusion habituelle de la chaleur de proche en proche. Lorsqu’on met une casserole d’eau sur une plaque électrique le fond est plus chaud que la surface libre. Des bulles apparaissent donc au fond et se détachent en grossissant pour envahir toute l’eau en ébullition : l’eau bout. Mais dans l’hélium superfluide la grande conduction thermique impose une température très homogène partout.

En l’absence  de régions plus chaudes que les autres, la transformation du liquide en vapeur ne peut se faire qu’à la surface libre où l’hélium s’évapore : il n’y a pas de bulles. L’hélium superfluide se vaporise sans bouillir. Cette propriété se vérifie à l’œil nu : lorsqu’on pompe sur de l’hélium liquide pour le refroidir, on voit l’ébullition disparaître à 2,17 kelvins et l’ordre quantique s’établir dès que le liquide normal devient superfluide.

Crédits : JF Allen et JMG Armitage, St Andrews University Crédits : JF Allen et JMG Armitage, St Andrews University

L’image de gauche montre de l’hélium liquide à 2,4 kelvins comme l’indique l’aiguille du thermomètre à gauche. Celle de droite est prise à 2,1 kelvins, en dessous de la température de transition vers l’état superfluide, lequel ne bout pas (bien qu’il continue à se vaporiser).

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