الميوعة الفائقة

ما هي الميوعة (السيولة) الفائقة ؟

المائع الفائق Superfluid: هو عبارة عن سائل ينساب ويتدفق بحرية. وينساب السائل العادي بمقاومة ميكانيكية داخلية تسمى اللزوجة. إن المثال المعروف للسائل ذو اللزوجة العالية والمقاومة الداخلية الكبيرة هو دبس السكر. وللماء H₂o لزوجة منخفضة، وليس للمائع الفائق لزوجة البتة. ولم يجد العلماء سوى مادتين فقط يمكن أن تكونا مائعًا فائقًا بتبريدهما عند درجة حرارة منخفضة جدًا. وكلا المادتين من نظائر الهيليوم. والميوعة الفائقة هي حالة من الخامسة حالات المادة تأخذ فيها بعض السوائل خواصاً غريبة عن المألوف, أول ما اكتشفت ظاهرة الميوعة الفائقة كانت عند عنصر الهيليوم  Heالسائل وعند درجة حرارة -2,17 كلفن, وهي تبلورت في النظرين (هيليوم-4,وهيليوم-3) وقد عُرفَ هذين النظرين بخاصية أختفاء الأحتكاك الداخلي لهما كلياً عندما تهبط درجة حرارتها مقتربة من الصفر المطلق, حيث تصل لزوجة السائلين إلى الدرجة الصفرية تقريباً, وقد اكتشف تلك الظاهرة العالم بيوتر كابيتسا، وجون آلان، ودون ميسينر عام1937م .

أهمية دراسة الميوعة الفائقة

تكمن أهمية دراسة السيولة الفائقة إضافة إلى أهميتها النظرية في دراسة السوائل المثالية وسلوكها في درجات الحرارة المنخفضة خاصة، في وجود مشابهات لها في فروع أخرى مثل الناقلية الكهربائية الفائقة التي تحدث في درجات حرارة أعلى مما ذكر بكثير، فقد وجدت، على سبيل المثال، نواقل فائقة من النوع الثاني يمكن معالجتها نظرياً مثل معالجة الهيليوم السائل كخليط من سائلين أحدهما عادي والآخر فائق السيولة.

الجسم البارد والساخن

في الفيزياء الفرق بين الجسم البارد والساخن هي أن سرعة حركة ذرات الجسم البارد بطيئة وسرعة حركة ذرات الجسم الساخن سريعة وعشوائية, ولذلك لعتماد حركة الذرات ومن ثم الجزيئات على ارتفاع درجة الحرارة. فكلما هبطت درجة حرارة الجسم أصبحت سرعة حركة ذراته أقل. وحينما تستمر بالهبوط فأنها تقترب من الصفر المطلق -273,15 درجة مئوية, وهي الدرجة التي يتجمد فيها الماء وتصبح سرعة حركة الذرات مساوية للصفر.

 وقد بينت الدراسات أن الباحثين تمكنوا من الوصل إلى درجة قريبة منها, وتعرف بالنانوكلفن وهي تساوي واحد من مليار من الدرجة فوق الصفر المطلق. وعند هذه الدرجة تنشأ ما يعرف بتكاثف بوز – أنشتاين.

وصف الميوعة الفائقة:

 ينتقل عنصر الهيليوم He إلى حالة الميوعة الفائقة حينما تهبط درجة حرارته  عن درجة الحرارة الحرجة للميوعة الفائقة لنظيري الهيليوم ( هيليوم4و هيليوم3) وكذلك مع الليثيوم-6. وتبلغ درجة الحرارة الحرجة للهيليوم- 2,174  كلفن، من الجدير بالذكر أن الحصول على الهيليوم -3 حالة النادر جداً ولايمكن الحصول عليه ا لا عند تهبط درجة الحرارة إلى 0,0026 كلفن مقتربة من الصفر المطلق, وهي درجة حرارة قليلة جداً, وعند ذاك يسمى الهيليوم-4 عندما يصل إلى حالة الميوعة الفائقة Helium-II ، ويسمى في حالة السيولة المعتادة Helium-I.

 تتميز السوائل والموائع بمقاومتها للجريان أو السيلان التي يعبر عنها بمعامل اللزوجة. غير أن دراسة الهيليوم السائل عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، أظهرت سلوكاً غريباً لهذا السائل إذ أنه يتصف بمقاومة جريان أو لزوجة معدومة. وقد أطلق على هذه الظاهرة اسم السيولة الفائقة superfluidity. وبجانب اللزوجة الصفرية، فإن للمائع الفائق خصائص أخرى فريدة.

خواص الموائع الفائقة

أولاً- درجة اللزوجة صفرية.

ثانياً-  الخاصة الشعرية تكون خالية تماماً من الاحتكاك وحتي في أضيق الانابيب.

ثالثاً- التوصيل الحراري يصل إلى حالة مثالية.

رابعاً-  لا يدور السائل عند تدوير الوعاء ويبقى ثابتاً.

خامساً- ظهور موجات منتظمة في شكل سداسي وعند تدوير الوعاء بسرعة كبيرة.

سادساً- ينتج من دوران أسطوانة المائع الفائق دوامات مجهرية تسمى الدردورات أو الدوامات في المائع الفائق, وتستمر الدوامة في الدوران طالما بقي السائل فائق الميوعة.

سابعاً- ينساب المائع الفائق من خلال المسحوق المعبأ بصورة صافية نقية.

والنظيران اللذان يمكن أن يصيرا مائعًا فائقًا هما (الهيليوم3 He³)[1] فيرمونات و(الهيليوم4He⁴ ( بوزونات. ويختلف النظيران في تركيب النواة. فنواة الهيليوم3 تحتوي على بروتونين ونيوترون واحد، بينما نواة الهيليوم 4 تحتوي بروتونين ونيوترونين.

 وعند الضغط الجوي يصير الهيليوم3  مائعًا فائقًا عندما يبرد عند درجة 0,0009 درجة مئوية فوق الصفر المطلق (-273,15°م). ويصير الهيليوم 4 مائعًا فائقًا عند الضغط الجوي عندما يبرد إلى أقل من 2,17°م فوق الصفر المطلق. ويعد التفاعل بين ذرات الهيليوم He أضعف التفاعلات، فهو أول الغازات الخاملة في الجدول الدوري للعناصر، لذا فإن درجة حرارة تميعة أخفضها قاطبة، فهو يتميع عند درجة الحرارة 4,2 مطلقة (كلفن) تحت الضغط الجوي النظامي، ولا يصبح  صلباً تحت هذا الضغط مهما انخفضت درجة الحرارة عملياً. وللمقارنة يتميع الهيدروجين H قرب الدرجة 20 مطلقة.

---

[1] هيليوم-3 (3He) عبارة عن نظير غير مشع للهيليوم، له نواة تتألف من بروتونين اثنين ونيوترون واحد. تدعى نواة النظير هيليوم-3 باسم هيليون.

القمر أنسلاديوس Moon Enchiladas

القمر أنسلاديوس Moon  Enchiladas

القمر الثالث في مجموعة أقمار زحل ورغم صغر حجمه ألا أنه يبدو كروي الشكل , ويحتوي سطحه على مختلف التكوينات الجيولوجية أكتشف من قبل الفلكي الإنكليزي وليم هيرشل (William Herschel) في نفس العام الذي أكتشف فيه القمر ميماس أي في 1989م, بينت المركبة الفضائية فوياجير أن الجليد يغطي سطح القمر, لذلك يتجدد سطحه باستمرار فيمسح ما سبق من تكوينات جيولوجية لأن الثلج تقوم بطمر الفوهات المتكونة.

وقد اكتشف العلماء بواسطة المسبار “Cassini” وجود أكثر من 100 نبع ساخن ” Geyser” على سطح القمر “انسلادوس”، أكبر أقمار الكوكب زحل الستة. وخلص العلماء، بعد مراقبة للقمر استمرت سبع سنوات، ركزوا خلالها على قطبه الجنوبي، إلى أن المياه الموجودة في البحر الجوفي للقمر انسيلادوس تحاول التدفق من تحت الطبقة الجليدية السميكة. كما استنتجوا أن سطوع تيار الماء المتدفق يعتمد كليا على موضع القمر انسيلادوس بالنسبة للشمس. وأثبت العلماء كذلك وجود حلقة من بخار الماء حول كوكب زحل تتكون نتيجة سقوط الماء من القمر انسيلادوس إلى الغلاف الجوي لزحل. يذكر أن العالم وليام غيرشل اكتشف القمر انسيلادوس عام 1789. وقد أطلقت وكالة الفضاء الأمريكية “ناسا” المسبار “Cassini” إلى الفضاء في 15 تشرين الأول 1997 لدراسة كوكب زحل والأقمار التي تدور في فلكه.

القطب الشمالي للمغناطيس الأرضي يتحرك بسرعة مقترباً من القطب الأرضي.

أخبار غير سارة 

القطب الشمالي للمغناطيس الأرضي  يتحرك بسرعة مقترباً من القطب الأرضي.

لقد عرف الباحثون منذ القرن التاسع عشر أن الشمال المغناطيسي ليس ثابتًا. لكن في تسعينات القرن الماضي ، بدأت الحركة تتحرك بسرعة أكبر من 9 أميال (15 كم) في السنة إلى حوالي 34 ميلاً (55 كم) سنوياً.
ومن المثير للأهتمام أن الشمال المغناطيسي كان يقترب من الشمال الحقيقي خلال السنوات القليلة الماضية. وقال شوليات "انها قادمة من مكان يبعده عن القطب الشمالي وهو الآن قريب جدا من القطب الجغرافي." "ولكن ، بالطبع ، إذا استمرت في نفس الاتجاه ، فسوف تتجاوز القطب الجغرافي وأبعد من ذلك مرة أخرى ، ولكن على الجانب الآخر من الأرض، على الجانب الروسي".
وقالت المؤسسة إن تدفقات غير متوقعة (منصهر الحديد) في قلب الأرض مسؤولة عن سلوك غير عادي في الشمال المغناطيسي.

لا يزال العلماء يحاولون فهم الحركة ، لكن إحدى الأفكار
"يبدو أن موقع القطب المغناطيسي الشمالي محكوم بقطعتين كبيرتين من الحقل المغناطيسي ، أحدهما تحت كندا والآخر تحت سيبيريا" ، قال ليفرمور لطبيعة. "الرقعة السيبيرية تربح المسابقة."

محيطات الحديد المنصهر تحوم عميقاً داخل الكوكب حول القلب الخارجي. وتؤدي هذه العزلة إلى جذب قضيب مغناطيسي عملاق عبر الأرض - على الرغم من أنه ليس مغناطيسًا خرسانيًا حقيقيًا بالطبع. يقع هذا المغناطيس العملاق بزاوية تقارب 11 درجة من المحور الذي تدور حوله الأرض ، وفقًا لنوافذ الكون. هذه الأعمدة ليست في نفس مكان أقطابنا الجغرافية الشمالية والجنوبية 

ملاحظة 

تظهر هذه الرسوم المتحركة حركة القطب الشمالي المغناطيسي على مدى السنوات الخمسين الماضية.