SCIENCE 3D | 카메를링 오너스의 헬륨 액화 실험

무슨 일이 일어났나

헬륨은 1 기압에서 4.2238 K(−268.93 °C)가 되어야 끓으므로(NIST), 액체로 모으려면 절대 영도에서 겨우 4 K 남짓 위까지 식혀야 합니다.

레이던 대학의 카메를링 오너스는 픽테 · 린데 · 듀어가 만든 냉각 방법을 여러 해 다듬었고, 1906 년 액체 수소를 많이 만드는 방법을 찾은 뒤 1908 년 오랜 목표였던 헬륨 액화를 이뤘습니다(MagLab).

시뮬레이터의 이상적인 냉동기로 보면, 300 K 쪽에 열을 버리며 250 K 칸에서 열 1 J 을 빼는 데는 일 0.2 J(성능 계수 5)이면 되지만 50 K 칸에서는 5 J(성능 계수 0.2)이 듭니다 — 더 차가운 곳일수록 같은 열을 빼내는 데 일이 크게 늘어납니다.

MagLab 에 따르면 그가 정한 액체 헬륨의 온도는 약 −268.8 °C(약 4.35 K)로, 오늘 NIST 표의 끓는점 4.2238 K 와 약 0.13 K 차이입니다.

💡 생활 속 예시

병원 MRI 장치의 센 자기장은 초전도 자석이 만드는데(미국 에너지부), 초전도는 아주 낮은 온도에서만 나타나는 현상입니다.
풍선을 띄우는 헬륨은 방 온도에서 기체지만, 4.2 K 가까이 식혀야 비로소 액체가 됩니다.

누가 왜 찾았나

헤이커 카메를링 오너스(Heike Kamerlingh Onnes, 1853–1926)는 네덜란드 흐로닝언에서 태어나 레이던 대학 실험 물리학 교수가 되었고, 낮은 온도를 연구할 실험실을 갖췄습니다(MagLab). 그는 물질을 절대 영도 가까이까지 식혀 보려고 냉각 방법을 거듭 다듬었고, 1908 년 마침내 헬륨을 액체로 만들었습니다. 미국 에너지부는 그가 초전도 발견과 헬륨 액화 등으로 1913 년 노벨 물리학상을 받았다고 적습니다.

확인된 값

카메를링 오너스가 오랜 목표였던 헬륨 액화를 이룬 해 (MagLab): 1908 출처
그 앞 단계 — 1906 년 액체 수소를 많이 만드는 방법을 찾았다 (앞선 수소 액화 장치): 1906 출처
레이던 대학 실험 물리학 교수 자리 — 낮은 온도 연구를 위해 실험실을 새로 갖췄다: University of Leiden 출처
헤이커 카메를링 오너스 — 1853 년 9 월 21 일 네덜란드 흐로닝언 출생 (1926 년 2 월 21 일 죽음): 1853 출처
픽테 · 린데 · 듀어가 만든 냉각 방법을 여러 해 다듬었다: Pictet, Linde, Dewar 출처
1913 년 노벨 물리학상 — 헬륨 액화로 이어진 낮은 온도 연구로 (MagLab): 1913 출처
헬륨 액화 등으로 받은 1913 년 노벨 물리학상 (미국 에너지부): 1913 출처
오늘의 표 값: 1 기압에서 헬륨이 끓는 온도 4.2238 K (−268.93 °C) (NIST): 4.2238 K 출처
카메를링 오너스가 초전도를 찾은 해 (미국 에너지부): 1911 출처
초전도는 액체 헬륨 온도로 식힌 수은에서 발견되었다: mercury at liquid-helium temperature 출처
MRI 장치는 초전도 자석으로 센 자기장을 만든다 (미국 에너지부): superconducting magnets for MRI 출처

카메를링 오너스의 헬륨 액화 실험

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