Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning 6 frågor/svar hittade Kraft-Rörelse [20447] Ursprunglig fråga: 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. Svar: 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. Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; absoluta nollpunkten [9]; kapillärkraft [12]; Elektricitet-Magnetism [19430] Ursprunglig fråga: Svar: 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 . Nyckelord: supraledning [7]; pauliprincipen [10]; resistans [15]; specifik värmekapacitet [25]; Bose-Einstein-kondensat [6]; Ljud-Ljus-Vågor [17060] Svar: 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 artikel från Ny Teknik. Länk 2 är en ganska svårläst Nature-artikel. En djupare förståelse för effekten kräver rätt mycket kunskaper i kvantmekanik. Nedan finns en video som visar hur experimentet går till:
Här är en längre föreläsning med Lene Hau:
Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; kvantmekanik [30]; ljushastigheten [24]; nyheter [11]; 1 https://www.nyteknik.se/innovation/hon-bromsar-ljuset-i-ett-atommoln-6454378 Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14228] Svar: Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; absoluta nollpunkten [9]; 1 http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1997/ Materiens innersta-Atomer-Kärnor [4955] Svar: Nyckelord: Bose-Einstein-kondensat [6]; Heisenbergs obestämdhetsrelation [12]; Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1136] Svar: 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. Här är ett utdrag från Wikipedias definition: Bose–Einstein-kondensat är ett aggregationstillstånd som materia kan övergå till vid extremt låga temperaturer. Då sjunker atomernas inre energi, och därmed deras rörelsemängd, vilket leder till att osäkerheten i deras position ökar. När osäkerheten överstiger avståndet mellan bosoner (atomer med heltaligt spinn), blir atomerna ourskiljbara partiklar. De hamnar i samma kvantmekaniska grundtillstånd med samma vågfunktion. Atomernas fas blir koherent och det kan ge upphov till interferens- och diffraktionsmönster på ett sätt som är jämförbart med laserljus. (Bose–Einstein-kondensat ) Nyckelord: pauliprincipen [10]; Bose-Einstein-kondensat [6]; Frågelådan innehåller 7624 frågor med svar. ** Frågelådan är stängd för nya frågor tills vidare **
|
Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar.