Waarom was Leiden ooit de koudste plek op aarde?
Op vrijdag 10 juli 1908 was niet de Zuidpool de koudste plek op aarde, maar Leiden. En dat terwijl het daar toen volgens het KNMI een graad of zeventien was. WRM gebeurde dit? Het kwam niet door klimaatverandering, maar door de overgang van heliumgas naar vloeibaar helium. Om precies te zijn was niet heel Leiden, maar enkel het laboratorium van Heike Kamerlingh Onnes zo koud.
De race om de laagste temperatuur
Sinds zijn aanstelling in Leiden was Kamerlingh Onnes bezig met het bereiken van de laagste temperatuur op aarde. Niet omdat hij de internationale race naar de laagste temperatuur wilde winnen, maar omdat hij een theorie wilde toetsen. Hiervoor moest hij de overgang van een gas naar een vloeistof waarnemen. Dit gebeurt bij de zogenaamde overgangstemperatuur. Om het zo eenvoudig mogelijk te houden, wilde hij het liefst een zuiver gas gebruiken. Het probleem van simpele, zuivere gassen zoals zuurstof, stikstof, waterstof en helium is dat deze pas vloeibaar worden bij uiterst lage temperaturen.
Het was al gelukt om de overgangstemperaturen van zuurstof (-183 ⁰C), stikstof (-196 ⁰C) en waterstof (-252,8 ⁰C) te bepalen (even ter vergelijking: een vriesvak is zelden kouder dan -20 ⁰C). De overgangstemperatuur van helium bleef echter onbekend. Dit was dan ook het doel van Kamerlingh Onnes. Bovendien wilde hij grote hoeveelheden van het koude helium, om ermee te experimenteren.
Koude kikker, die Kamerlingh Onnes
Om de gassen tot extreem lage temperaturen te krijgen, maakte Kamerlingh Onnes gebruik van Joule-Thomsonkoeling. Dit werkt volgens het omgekeerde principe van een fietspomp (nee, dat is niet gewoon je fietspomp omkeren…). Als je een gas onder hoge druk brengt wordt dit heet (zoals je band warm wordt als je er te veel lucht inpompt). Laat je het gas vervolgens uitzetten, dan daalt de temperatuur. Om dit principe te gebruiken bouwde Kamerlingh Onnes een spiraalbuis, waar het gas na elke ronde bij een soort prop terecht kwam en er daar met een hoge druk doorheen ging, om vervolgens heel snel uit te zetten. Door deze cyclus steeds te herhalen nam de temperatuur van het gas steeds verder af. De temperatuur waarbij helium vloeibaar wordt bleek -268,95 ⁰C te zijn.
Door de druk nog verder te verlagen kon Kamerlingh Onnes op de bewuste 10 juli een temperatuur van -271 ⁰C bereiken. Om bij deze lage temperatuur ook te kunnen experimenteren moest hij de vloeistoffen kunnen verplaatsen naar een groter vat. In 1911 kreeg hij ook dit voor elkaar. Dit leidde onder andere tot de ontdekking van supergeleiding. En WRM dat zo’n belangrijke ontdekking was, lees je misschien binnenkort in een ander WRM-artikel!
Bron: http://www.nieuws.leidenuniv.nl/nieuwsarchief/honderd-jaar-leiden-koudste-plaats-op-aarde.html
