Sólin Sólin Rís 10:52 • sest 15:43 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:25 • Síðdegis: 19:43 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:09 • Síðdegis: 13:45 í Reykjavík
Sólin Sólin Rís 10:52 • sest 15:43 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:25 • Síðdegis: 19:43 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:09 • Síðdegis: 13:45 í Reykjavík
LeiðbeiningarTil baka

Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=
Forsíða Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg Hvað er ofurflæði?

Flokkun:

4.10.2000
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Hvað er ofurflæði?

Árdís Elíasdóttir

Ofurflæði (superfluidity) er sá eiginleiki vökva að geta streymt án núnings. Ofurflæði er einungis þekkt í tveimur helínsamsætum, He-4 og He-3. Ástæða þess er sú að önnur efni hafa þegar breyst úr vökva í fast efni við það lága hitastig sem þarf til að ofurflæði geti átt sér stað. Sem dæmi má nefna að ofurflæði í He-4 verður við 2,17 K (það er 2,17 gráðum yfir alkuli, jafngildir -270,98°C).

Helstu einkenni ofurflæðis eru þau að suða hættir, eðlisvarminn vex mikið og varmi getur borist um vökvann sem púls eða högg (í stað þess að dreifa úr sér í allar áttir). Auk þess ber mismunandi seigjumælingum ekki saman (seigja er mælikvarði á getu vökva til að flæða, til dæmis hefur karamella meiri seigju en súrmjólk sem hefur meiri seigju en vatn). Ef við mælum seigjuna með plötu sem sveiflast í vökvanum breytist seigjan lítið við að fara niður fyrir markhitastig ofurflæðis og verður ekki núll fyrr en við alkul. Ef við tökum aftur á móti rör sem er svo mjótt að venjulegur vökvi kemst ekki í gegn um það rennur ofurflæðandi vökvinn viðstöðulaust í gegn upp að vissum hraða; vökvinn virðist ekki hafa neina seigju. Að lokum má nefna að ef ofurflæðandi vökva er komið á hringstreymi í fötu heldur snúningurinn stöðugt áfram án nokkurs núnings - þessi eiginleiki kallast sístreymi.

En hvað veldur ofurflæði? Að baki öllum þessum eiginleikum liggur sú staðreynd að geil er í orkurófinu um örvanir vökvans. Það merkir að vissa lágmarksorku þarf til að örva atómin. Ef við lítum á kúlu sem ferðast í kyrrstæðum vökva þá koma fram núningskraftar við að orka flyst frá kúlunni í vökvann. En ef kúlan er of hægfara nær hún ekki að komast yfir orkugeilina þannig að enginn orkuflutningur á sér stað og því mælist enginn núningur.

Það eðlisfræðilega líkan sem best lýsir ofurflæði er svonefnt tvívökvalíkan. Þá er litið á vökvann sem samsettan úr tveimur vökvum, annars vegar venjulega vökvanum og hins vegar ofurvökva. Ofurvökvinn birtist fyrst við markhitastigið og vex svo hlutfallslega með lækkandi hitastigi. Með þessu líkani má útskýra alla fyrrnefnda eiginleika ofurflæðis. Til dæmis stafa mismunandi seigjumælingar af því að fyrrnefnda mælingin mælir seigju alls vökvans og þar sem venjulegi vökvinn hefur seigju verður heildarseigjan ekki núll. Í seinni mælingunni er það hins vegar einungis ofurvökvinn sem streymir gegnum rörið og því virðist seigja alls vökvans vera núll.

Að lokum má geta þess til gamans að það er einnig orkugeil sem veldur ofurleiðni í ýmsum efnum en ofurleiðni er sá eiginleiki efnis að leiða rafmagn án nokkurs viðnáms.

Höfundur

Árdís Elíasdóttir

Marie Curie-styrkþegi við Dark Cosmology Centre í Danmörku

Útgáfudagur

4.10.2000

Spyrjandi

Ingvi Gautsson

Efnisorð

Tilvísun

Árdís Elíasdóttir. „Hvað er ofurflæði?“ Vísindavefurinn, 4. október 2000, sótt 3. desember 2024, https://visindavefur.is/svar.php?id=967.

Árdís Elíasdóttir. (2000, 4. október). Hvað er ofurflæði? Vísindavefurinn. https://visindavefur.is/svar.php?id=967

Árdís Elíasdóttir. „Hvað er ofurflæði?“ Vísindavefurinn. 4. okt. 2000. Vefsíða. 3. des. 2024. <https://visindavefur.is/svar.php?id=967>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki

Senda grein til vinar

=

Hvað er ofurflæði?
Ofurflæði (superfluidity) er sá eiginleiki vökva að geta streymt án núnings. Ofurflæði er einungis þekkt í tveimur helínsamsætum, He-4 og He-3. Ástæða þess er sú að önnur efni hafa þegar breyst úr vökva í fast efni við það lága hitastig sem þarf til að ofurflæði geti átt sér stað. Sem dæmi má nefna að ofurflæði í He-4 verður við 2,17 K (það er 2,17 gráðum yfir alkuli, jafngildir -270,98°C).

Helstu einkenni ofurflæðis eru þau að suða hættir, eðlisvarminn vex mikið og varmi getur borist um vökvann sem púls eða högg (í stað þess að dreifa úr sér í allar áttir). Auk þess ber mismunandi seigjumælingum ekki saman (seigja er mælikvarði á getu vökva til að flæða, til dæmis hefur karamella meiri seigju en súrmjólk sem hefur meiri seigju en vatn). Ef við mælum seigjuna með plötu sem sveiflast í vökvanum breytist seigjan lítið við að fara niður fyrir markhitastig ofurflæðis og verður ekki núll fyrr en við alkul. Ef við tökum aftur á móti rör sem er svo mjótt að venjulegur vökvi kemst ekki í gegn um það rennur ofurflæðandi vökvinn viðstöðulaust í gegn upp að vissum hraða; vökvinn virðist ekki hafa neina seigju. Að lokum má nefna að ef ofurflæðandi vökva er komið á hringstreymi í fötu heldur snúningurinn stöðugt áfram án nokkurs núnings - þessi eiginleiki kallast sístreymi.

En hvað veldur ofurflæði? Að baki öllum þessum eiginleikum liggur sú staðreynd að geil er í orkurófinu um örvanir vökvans. Það merkir að vissa lágmarksorku þarf til að örva atómin. Ef við lítum á kúlu sem ferðast í kyrrstæðum vökva þá koma fram núningskraftar við að orka flyst frá kúlunni í vökvann. En ef kúlan er of hægfara nær hún ekki að komast yfir orkugeilina þannig að enginn orkuflutningur á sér stað og því mælist enginn núningur.

Það eðlisfræðilega líkan sem best lýsir ofurflæði er svonefnt tvívökvalíkan. Þá er litið á vökvann sem samsettan úr tveimur vökvum, annars vegar venjulega vökvanum og hins vegar ofurvökva. Ofurvökvinn birtist fyrst við markhitastigið og vex svo hlutfallslega með lækkandi hitastigi. Með þessu líkani má útskýra alla fyrrnefnda eiginleika ofurflæðis. Til dæmis stafa mismunandi seigjumælingar af því að fyrrnefnda mælingin mælir seigju alls vökvans og þar sem venjulegi vökvinn hefur seigju verður heildarseigjan ekki núll. Í seinni mælingunni er það hins vegar einungis ofurvökvinn sem streymir gegnum rörið og því virðist seigja alls vökvans vera núll.

Að lokum má geta þess til gamans að það er einnig orkugeil sem veldur ofurleiðni í ýmsum efnum en ofurleiðni er sá eiginleiki efnis að leiða rafmagn án nokkurs viðnáms.

...