Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

6 frågor/svar hittade

Kraft-Rörelse [20447]

Fråga:
Vad är suprafluiditet?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Jag har en fråga som handlar om suprafluiditet. Har försökt att få något svar via wikipedia men hittar inget där. Här är frågan: Vad är suprafluiditet? Jag vet att det är när vätskor inte har någon friktion alls, men jag undrar hur det kan komma sig. Jag skulle gärna vilja ha ett svar på kvantnivå.

Jag har tänkt på om det kan vara samma anledning som suprafluiditet (att elektroncooperparen har för låg energi för att växelverka med atomerna i gittret). Men i en vätska finns det inte fria elektroner så att de kan bilda bosoner. Jag vet att jag är är lite ung enligt vissa för att ställa sådana frågor, men jag har intresserat mig för fysik och kvantmekanik länge och vill verkligen ha ett svar.
/Isac M, Katarinaskolan, Uppsala

Svar:
Jodå, det finns massor av information om suprafluiditet på webben, men för Wikipedia får du (som ofta) gå till den engelska artikeln Superfluidity .

Suprafluiditet kallas det fenomen som gör att vissa ämnen vid låga temperaturer har en fluid fas som flödar utan viskositet, så kallade "suprafluider". Ett exempel är helium-isotopen helium-4, en boson, som vid temperaturer under 2,186 kelvin (-270,964 °C) uppvisar sådana egenskaper. Suprafluiditet

Här är ett experiment med 4He:

Vid mycket låga temperaturer hamnar många av heliumatomerna i det lägsta kvantmekaniska tillståndet (grundtillståndet) Detta är möjligt eftersom 4He är en boson med heltaligt spinn, och den behöver därför inte lyda paulipricipen (se fråga 18298 ). Energin hos atomerna i grundtillståndet är för låg för att spridning till ett högre tillstånd skall kunna ske. Spridning är alltså omöjlig och viskositeten blir noll.

Ännu märkligare än viskositeten noll är att supraflödande He kan ta sig över hinder, se nedanstående figur från Rollin_film . Detta kallas Onnes-effekten som uppstår genom att kapillärkrafter dominerar över tyngdkraften och viskositeten.



/Peter E

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; absoluta nollpunkten [9]; kapillärkraft [10];

*

Elektricitet-Magnetism [19430]

Fråga:
Vad gör vissa ämnen supraledande?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej, jag undrar vad som gör vissa ämnen supraledande? Måste det finnas en halvmetall med? Och varför blir ämnen bara supraledande vid låga temperaturer? Tacksam för svar!
/Johanna L

Svar:
Wikipedia (Supraledare ) definierar supraledning:

Supraledning är ett fenomen i fasta tillståndets fysik som uppträder under en viss kritisk temperatur (ofta betecknad Tc) i vissa material. Ett supraledande material karakteriseras av sin oändligt stora elektriska ledningsförmåga och av att det inte kan innehålla något magnetiskt fält i innandömet (Meissnereffekten). Fenomenet förklaras teoretiskt av att elektronerna vid tillräckligt låga temperaturer parar ihop sig till Cooper-par.

Supraledning finns vid tillräckligt låga temperaturer hos vissa metaller och även keramiska ämnen. Det finns ämnen som är supraledande vid så hög temperatur att man kan använda billigt och lättillgängligt flytande kväve som kylmedel (kokpunkt 77 K).

Supraledning är ganska komplext och det finns olika förklaringar och fenomenet är inte helt förstått, speciellt när det gäller högtemperatursupraledare. Den klassiska förklaringen är BCS-teorin (se BCS_theory ).

I en vanlig ledare (typiskt en metall) sker laddningstransporten med fria elektroner, se fråga 9549 . Elektronerna kolliderar med atomerna i gittret och i en del av dessa kollisioner förlorar elektronen energi som värmer upp ledaren. Denna uppvärmning av ledaren är oftast oönskad eftersom den innebär en energiförlust (ledningsresistans).

I vissa ledare vid låg temperatur slår sig elektronerna ihop två och två med motsatt spinn (+1/2.-1/2). Man får då vad man kallar ett Cooper-par med spinnet 0. Dessa Cooper-par leder strömmen i stället för fria elektroner. På grund av kvantmekaniken är den emellertid två avgörande skillnader:

1 Eftersom ett Cooper-par har heltaligt spinn (0) är de bosoner och behöver till skillnad från fermioner (halvtaligt spinn) inte lyda pauliprincipen, se fråga 18298 . Alla Cooper-par kan då befinna sig i det lägsta tillståndet, grundtillståndet. Detta kallas Bose-Einstein-kondensat, se fråga 1136 .

2 Energin i grundtillståndet är för liten för att Cooper-paren skall kunna växelverka med gittret. Detta betyder att kollisioner blir "förbjudna" och Cooper-paren kan röra sig obehindrat, det vill säga att resistansen är noll.

I figuren nedan visas resistiviteten (grön kurva) som funktion av temperaturen. Man ser att resistiviteten är exakt noll för temperaturer mindre än Tc. Den blå kurvan visar specifik värmekapacitet. Man ser att även denna påverkas vid fasövergången T=Tc.

Se även Superconductivity .



/Peter E

Nyckelord: supraledning [7]; pauliprincipen [10]; resistans [11]; specifik värmekapacitet [21]; Bose-Einstein-kondensat [6];

*

Ljud-Ljus-Vågor [17060]

Fråga:
Hej! I dagens nummer av tidskriften Ny Teknik(24/3 - 10) skriver man bl a att en danska för några år sedan med hjälp av laser lyckades stanna ljuset(!). Är det en felaktig formulering eller är det sant? Om ljuset stannades så bör ju fotonerna varit i vila och haft en viloenergi/vilomassa. Hade de det? Återfick ljuset sin fart efteråt?
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Thomas! Låt oss säga att formuleringen är lite tillspetsad! Vad man gör är att man fördröjer ljuset genom att lagra information om en laserpuls i en samling atomer med mycket låg temperatur - ett Bose-Einstein-kondensat . Denna laserpuls kan sedan "väckas till liv" igen senare. På så sätt kan man i princip få det att se ut som om ljuset stannade.

Den ledande forskaren på detta är danskan Lene_Hau från Harvard. Jag kan inte hitta artikeln du hänvisar till på nätet, men det har såvitt jag vet inte hänt något speciellt på området den senaste tiden. Länk 1 är en tidigare artikel i Ny Teknik och länk 2 är en mer svårläst Nature-artikel.

En djupare förståelse för effekten kräver rätt mycket kunskaper i kvantmekanik. Nedan finns ett par videor som visar hur experimentet går till:

Här är en längre föreläsning med Lene Hau:


/Peter E

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; kvantmekanik [26]; ljushastigheten [19]; nyheter [11];

1 http://www.nyteknik.se/nyheter/it_telekom/allmant/article38049.ece
2 http://www.nature.com/nature/journal/v445/n7128/abs/nature05493.html

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14228]

Fråga:
Jag har läst att aggregationsformen BEC (Bose-Einstein-kondensat) bara uppkommer vid extremt låga temperaturer, ner mot en miljarddels kelvin. Men jag har också läst att forskare på jorden har lyckats framställa BEC. Hur har det gått till, man kan väl inte nå ner till sådana låga temperaturer?
/Jonas v, Helenaskolan, Skövde

Svar:
Jonas! Jodå, man kan nå så låga temperaturer genom en speciell teknik som belönades med nobelpriset i fysik 1997, se länk 1. Själva kondensatet uppnåddes senare och belönades med nobelpriset 2001, se länk 2. Kyltekniken går ut på att "stänga inne" atomer med hjälp av laserljus och välja ut och bromsa upp de atomer som har hög hastighet. Till sist kommer man mycket nära absoluta nollpunkten. Nedanstående länkar innehåller detaljerad information om kylning och kondensat - både lättförståelig och ganska svår.
/Peter E

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; absoluta nollpunkten [9];

1 http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1997/
2 http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [4955]

Fråga:
Hur är det med Heisenbergs osäkerhetsrelation vid den absoluta nollpunkten? Kan man inte bestämma en partikels läge och hastighet?
/Dennis E, Rudbecksskolan, Örebro

Svar:
När man närmar sig absoluta nollpunkten, kommer atomernas lägen bli allt mer obestämda, man kan säga att de breder ut sig, så att de överlappar varandra. Är det fråga om bosoner (partiklar med heltaligt spin), kallar man det Bose-Einstein kondensat. Enligt Heisenbergs obestämdhetrelation upphör partiklarnas rörelser inte helt, ens vid absoluta nollpunkten. Kolla länken nedan!
/KS

Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; Heisenbergs obestämdhetsrelation [11];

1 http://keelynet.com/interact/archive/00000353.htm

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1136]

Fråga:
Hej! Jag och min elev Johannes Edén undrar om det finns en enkel beskrivning av vad ett Bose-Einstein-kondensat är... Tar med tacksamhet emot svar på elev-nivå, resp. "lärar-nivå".
/Åke Å, Sundsta/Älvkullegymnasiet, Karlstad

Svar:
Det finns två olika typer av partiklar i naturen:

Dels elektroner, protoner etc som har halvtaligt spinn och som uppfyller Pauliprincipen. Detta innebär att två partiklar inte kan vara i samma kvanttillstånd. De kan inte heller vara i samma punkt. De kallas för fermioner.

Dels finns det partiklar med heltaligt spinn (bosoner) som till exempel fotoner, alfapartiklar, He-atomer osv. Dessa partiklar "bryr sig inte om" Pauliprincipen utan tvärtom trivs de tillsammans och vill helst av allt befinna sig i samma kvanttillstånd.

Det är bosoner som kan bilda ett Bose-Einstein-kondensat. Ett liknande tillstånd bildas av laserljus. Fotonerna stimuleras här av att alla befinner sig i samma tillstånd (samma energi och utbredningsriktning). I en vanlig gas av bosoner hindrar värmerörelsen partiklarna från att samlas i samma tillstånd. Sänker man däremot temperaturen så inträffar en plötslig övergång till ett Bose-Einstein-kondensat där flertalet av partiklarna är samlade i samma kvanttillstånd som är grundtillståndet. De flesta av partiklarna har då samma vågfunktion.

Förhoppningsvis kan denna beskrivning förstås av både lärare och elever!

Länk: 1997 års nobelpris i fysik tilldelades fysiker som utvecklat tekniken att kyla gaser till mycket låga temperaturer. På denna länk kan Du läsa om detta: The Nobel Prize in Physics 1997 . Du finner också tips på annan litteratur.
/GO/lpe

Nyckelord: pauliprincipen [10]; Bose-Einstein-kondensat [6];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.