Superfluiditet

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket
Gå til: navigering, søk

Superfluiditet er ein stoffleg fase som blir karakterisert ved at fluidet er viskositetsfritt, det vil seie eit superfluid som er sett i rørsle vil forbli i rørsle. Fenomenet har eit kvantemekanisk opphav, Bose-Einstein-kondensasjon, og fenomenet opptrer ved låge temperaturar. Fasen superfluiditet oppstår etter ein andreordens faseovergang.

Superfluiditet kan finnast i følgjande system

Superfluiditet vart oppdaga av Pjotr Kapitsa, John F. Allen og Don Misener i 1937. Den teoretisk grunngjevinga av fenomenet vart gjeve av Lev Landau i 1941.

Bosonisk helium[endre | endre wikiteksten]

Bosonisk helium, 4He, er den desidert mest vanlege heliumisotopen og heretter berre omtalt som helium. Helium er flytande under 4,22 K (–268,93 °C) og det einaste stoffet som aldri blir fast ved kjøling dvs. det har smeltepunkt ved 0 K (ved atmosfærisk trykk). Ved vidare avkjøling er helium ei vanleg viskøs væske, kalla helium I, ned til den såkalla lambda-temperaturen på 2,172 K (–271 °C), der superfluiditet oppstår ved ein andreordens faseovergang. Denne fasen er kalla helium II. Det verkeleg snodige med helium II er at væska har ein splitta natur: ho har ei superflytande og ein normal komponent som flyt uavhengig av kvarandre og er avhengig av temperaturen slik at ved lambda-temperaturen er væska heilt normal og ved T=0 K er væska heilt superflytande. Den superflytande komponenten er assosiert med ein kompleks ordensparameter som òg kan tolkast som ein makroskopisk, kvantemekanisk, kompleks, bølgefunksjon. Denne oppstår som resultat av ein Bose-Einstein-kondensasjon. Ordensparameteren og den andreordens faseovergangen har superfluid til felles med superleiing, som er eit relatert fenomen.

Forklaringa på mangelen på friksjon i superfluid helium II vart gjeve av Lev Landau i 1941 og kjem av energispekteret: ved låge snøggleiker vil det rett og slett ikkje vere mogeleg for behalderen å eksitere fonon i væska og dermed er energioverføring til omgivnadane umogeleg, og ingen viskositet.

Vidare bør det nemnast at superfluidkomponenten har null entropi.

Superflytande helium II har fleire merkverdige eigenskapar:

  • Væsken er rotasjonsfri med unntak av kvantiserte virvlar.
  • Ein temperaturgradient i væska påverkar ikkje superfluidet.
  • Superfluidet kryp opp langs veggane i behaldaren det er i.
  • Ei roterande plate vil etter ei tid stoppe opp, noko som viser eksistensen av ein normalkomponent.

Fermionisk helium[endre | endre wikiteksten]

Fermionisk helium, 3He, er ein forholdsvis sjeldan heliumisotop som har kokepunkt på 3,2 K. Sidan 3He tilfredsstiller Fermi-Dirac-statistikk har han heilt andre eigenskapar ved låge temperaturar enn bosonisk helium, så ein kan ikkje heilt utan vidare få ein Bose-Einstein-kondensasjon. Superfluiditet i 3He oppstår ved at atoma parvis følgjer Bose-Einstein-statistikk, òg kalla Cooperpar. Dette er det same som skjer med elektrona i ein superleiar. Overgangen til superfluid skjer ved særs låge temperaturar, av orden millikelvin.

Tynne gassar[endre | endre wikiteksten]

Nokre gassar under ekstremt lågt trykk og temperatur kan vere superflytande, til dømes litium. Desse gassane er vanskelege å eksperimentere med, men er særs viktige fordi dei er langt enklare å handsame teoretisk enn helium, som er ei væske.

Bøker[endre | endre wikiteksten]

  • E.M.Lifshitz, L.P.Pitaevskii, «Statistical Physics, Part 2 : Volume 9»
  • R.J. Donnelly, «Quantized Vortices in Helium II»
  • C. J. Pethick, H. Smith, «Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases»

Relaterte emne[endre | endre wikiteksten]

Kjelder[endre | endre wikiteksten]