ابحث عن أي موضوع يهمك
الميوعة الفائقة أو السيولة الفائقة هي خاصية تتعلق ببعض السوائل والغازات، حيث تصبح هذه المواد سائلة تحت درجة حرارة معينة. يمكن تعريف الميوعة السيولة الفائقة على أنها تدفق بدون أي احتكام للإحتكام الطبيعي للسيولة. ويعزى هذا السلوك الغير عادي للمواد إلى تأثير ميكانيكا الكم. وهذه ميزة واحدة فقط من العديد من الخصائص المثيرة والفريدة التي تمتاز بها هذه المواد، ونحن في هذا المقال عبر موقع مخزن سوف نعرفكم عليها أكثر.
السيولة الفائقة تعني أن بعض السوائل يمكن أن تتدفق بدون أي مقاومة للحركة وبطاقة حركية ثابتة. على سبيل المثال، عندما يتم وضع سائل في دلو ويتم تدويره ببطء حتى يصل إلى مرحلة السيولة الفائقة، سيظهر السائل الذي يتحرك في الدلو كأنه ثابت ولا يتدفق.
خصائص الميوعة الفائقة (السيولة الفائقة)
تفسير الخصائص الفريدة للميوعة والسيولة الفائقة يستند إلى هذا النموذج الثنائي للموائع.
أمثلة على السوائل الفائقة الميوعة تشمل نظائر الهيليوم، مثل هيليوم 3 (³He) وهيليوم 4 (⁴He)، والتي تظهر هذه الخاصية في الغازات الذرية عند درجات حرارة شديدة البرودة. تمثل الميوعة أو السيولة الفائقة خاصية تجعل السوائل تتدفق بدون أي مقاومة عند درجات حرارة منخفضة جدًا.
هناك دلائل تشير إلى وجود الميوعة الفائقة في الأنظمة خارج كوكب الأرض، مثل النجوم النيوترونية. بالإضافة إلى ذلك، هناك أدلة تظهر وجودها في الأنظمة الأرضية الأخرى مثل الإيكسيتونات، وهي أزواج من الثقوب الإلكترونية الموجودة في أشباه الموصلات.
يتجلى وجود الميوعة الفائقة في نظائر الهيليوم بشكل خاص، حيث يتحول هيليوم 4 إلى سائل فائق عند درجات حرارة دون 2.17 كلفن، بينما يصبح هيليوم 3 سائل فائق عند درجات حرارة تقل عن 0.0025 كلفن.
الهيليوم السائل يُعد من بين أشهر الأمثلة على السوائل الفائقة الميوعة، حيث يتميز نظير الهيليوم 4 ونظير الهيليوم 3 بخصائصهما الفريدة والمثيرة للاهتمام.
نظير الهيليوم 4 هو أحد أنواع الهيليوم، ويشتهر بخصائصه الفريدة في حالته الفائقة للميوعة. تواجه دراسة خصائص نظير الهيليوم 4 عند درجات حرارة مختلفة تحديات، حيث تتطلب درجات حرارة أعلى مقارنة بنظير الهيليوم 3 لتحقيقها. يُميز نظير الهيليوم 4 بأن جميع ذراته تعتبر بوزونات، مما يجعل جسيماته لها دوران صفري.
تعتبر كمية نظير الهيليوم 4 وفريدة في الكون وتوجد بكميات كبيرة. يُستخدم هذا النظير على نطاق واسع في تقنيات التحليل الطيفي لدراسة تفاعل المادة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي. يجد نيزكيًا استخدامه في الأقمار الصناعية وأجهزة الجيروسكوب لدراسة البيانات بأطوال موجية تحت الحمراء عند درجات حرارة منخفضة.
نظير الهيليوم 3، المعروف أيضًا بنظير الهيليوم الخفيف، هو نظير الهيليوم الشقيق لنظير الهيليوم 4. يتميز نظير الهيليوم 3 بكونه أخف وزنًا وأكثر استقرارًا من نظير الهيليوم 4، ويُعتبر نظيرًا بدائيًا. يُشير ذلك إلى أن نظير الهيليوم 3 كان موجودًا لفترة طويلة جدًا على سطح الأرض أو حتى قبل تشكيلها. وفي عام 1996، قام العلماء الذين اكتشفوا نظير الهيليوم 3 بفوز مشروعهم بجائزة نوبل في الفيزياء.
يمكن العثور على نظير الهيليوم 3 في مناطق أخرى في النظام الشمسي، مثل سطح القمر والسدم الفلكية. يُعتقد أن نظير الهيليوم 3 تكوَّن في المرة الأولى نتيجة اصطدام الأشعة الكونية مع الذرات والمواد الموجودة على سطح الأرض. ويُمكن أيضًا إطلاق هذا النظير في الغلاف الجوي عن طريق التجارب النووية.
سنوضح كيف ظهر هذا المصطلح في النقاط التالية:
استخدامات نظير الهيليوم الفائق الميوعة في الحياة اليومية محدودة بشكل كبير. ومع ذلك، يعتبر نظير الهيليوم 4 الفائق الميوعة ممتازًا كمبرد للمغناطيسات ذات القوة العالية بفضل موصليته الحرارية الفائقة.
يمكن استخدام نظيري الهيليوم 3 و4 كأدوات لاكتشاف الجسيمات الغامضة والغريبة. علاوة على ذلك، هناك تطبيقات غير مباشرة للميوعة الفائقة تساهم بشكل كبير في تطوير النظريات الفيزيائية وزيادة فهمنا للموصلية الفائقة عند درجات حرارة مرتفعة.
السوائل فائقة الميوعة هي سوائل تمتلك خاصية الانسياب دون أي مقاومة، مما يعني عدم تأثرها بالاحتكاك أثناء التدفق. يمكن لهذه السوائل أن تتدفق بلا تكلفة طاقية مع مرور الوقت، وهذا يتناقض مع السوائل العادية التي تظهر مقاومة للتدفق وتفقد طاقة بسبب الاحتكاك.
على الرغم من أن مفهوم السيولة الفائقة غالبًا ما يُصوَّر كخاصية للسوائل، إلا أنها ليست نوعًا محددًا من السوائل. السوائل الفائقة الميوعة عادةً ما تتميز بلزوجة تقترب من الصفر وتشكل حركات دوامية عند تضطربها. وعادةً ما يتم اكتشافها أو إنشاؤها في المختبرات أو في بيئات غير عادية مثل الكواكب الأخرى أو الظروف القاسية.
الموائع الفائقة (Superfluids) والموائع العادية (Normal Fluids) هما نوعان مختلفان من الموائع تختلف في خصائصهم وسلوكهم بشكل كبير. إليك الفرق الرئيسي بينهما:
بالإضافة إلى هذه الفروقات، هناك العديد من الخصائص والظواهر الفريدة التي تميز الموائع الفائقة وتجعلها مجالًا مثيرًا للبحث والاستكشاف في مجال الفيزياء.
