Física de segundo grado de secundaria
Cuando el gas se calienta y sus átomos alcanzan miles o incluso decenas de miles de grados Celsius, los electrones serán "abofeteados" por los átomos y los átomos se convertirán en iones con sólo cargas positivas. . En este momento, los electrones y los iones tienen cargas opuestas, pero el número es igual. Este estado se llama estado plasmático. Los relámpagos, meteoritos y luces fluorescentes que la gente ve durante todo el año se encuentran en estado de plasma cuando se encienden. Los humanos podemos utilizarlo para liberar una gran cantidad de energía para generar altas temperaturas, cortar metales, fabricar componentes semiconductores, realizar reacciones químicas especiales, etc. En el vasto universo, el estado de plasma es un estado cósmico. La temperatura y presión internas de la mayoría de los planetas luminosos del universo son muy altas y el material dentro de estos planetas casi siempre se encuentra en estado de plasma. La materia sólida, líquida y gaseosa sólo se puede encontrar en planetas oscuros y en materia interestelar dispersa.
Plasma
El plasma es un gas ionizado. Debido a la presencia de electrones libres ionizados e iones cargados, el plasma tiene una alta conductividad eléctrica y un fuerte acoplamiento con los campos electromagnéticos. El plasma existe ampliamente en el universo y generalmente se considera el cuarto estado de la materia (algunos también lo llaman "supergas"). El plasma fue descubierto por Crookes en 1879, y Langelier utilizó por primera vez el término "plasma" en 1928.
Características del plasma
El estado del plasma suele denominarse "estado supergas". Tiene muchas similitudes con los gases, por ejemplo, no tiene forma ni volumen definidos; fluidez, pero el plasma también tiene muchas propiedades únicas.
Ionización
La mayor diferencia entre el plasma y el gas ordinario es que es un gas ionizado. Debido a la presencia de electrones libres cargados negativamente e iones cargados positivamente, tiene una alta conductividad y un fuerte acoplamiento con el campo electromagnético: las partículas cargadas pueden acoplarse con el campo eléctrico y el flujo de partículas cargadas puede acoplarse con el campo magnético. Se utilizó la electrodinámica para describir el plasma, por lo que se desarrolló una teoría llamada magnetohidrodinámica.
A diferencia de los gases ordinarios, el plasma contiene dos o tres tipos diferentes de partículas: electrones libres, iones cargados positivamente y átomos no ionizados. Esto nos permite definir diferentes temperaturas para diferentes componentes: temperatura de electrones y temperatura de iones. El plasma ligeramente ionizado, donde la temperatura de los iones es generalmente mucho más baja que la temperatura de los electrones, se denomina "plasma de baja temperatura". El plasma altamente ionizado tiene altas temperaturas de iones y electrones y se denomina "plasma de alta temperatura".
Las interacciones entre las partículas de plasma son mucho mayores que en los gases comunes.
Distribución de velocidades
Generalmente, la distribución de velocidades del gas satisface la distribución de Maxwell, pero el plasma puede desviarse de la distribución de Maxwell debido al acoplamiento con el campo eléctrico.
Plasma ordinario
El plasma es el estado más extendido de la materia, y el 99% de la materia observada en el universo es plasma.
*Plasma artificial
Gases ionizados en lámparas fluorescentes y lámparas de neón
Gases ionizados a alta temperatura en experimentos de fusión nuclear
oSoldadura eléctrica El arco de alta temperatura generado durante el proceso
*Plasma en la Tierra
o Llama (parte superior de alta temperatura)
Oh, relámpago
o Ionosfera en la Atmósfera
Oh Aurora
* Plasma Espacial
Oh Estrellas
o Viento Solar
oMaterial interplanetario
oMaterial interestelar
oNebulosa
*Otros plasmas
Estado superconductor Estado superconductor Es un estado físico especial de determinadas sustancias a temperaturas ultrabajas. ¿La primera persona en descubrir la superconductividad fue el físico holandés David Cameron? Anás (1853 ~ 1926). En el verano de 1911, experimentó con mercurio y descubrió que cuando la temperatura bajaba a 4,173 K (aproximadamente -269 °C), el mercurio comenzaba a perder resistencia. Luego descubrió que muchos materiales tienen esta característica: pierden resistencia a una determinada temperatura crítica (baja temperatura) (ver el título "Avances en la investigación sobre baja temperatura y superconductividad"). ¿Cameron? El fenómeno de que determinadas sustancias presenten una resistencia eléctrica nula a bajas temperaturas se denomina "superconductividad". El estado material de los superconductores es "estado superconductor", lo que traerá enormes beneficios a la humanidad en términos de transmisión de energía de alta eficiencia, trenes maglev de alta velocidad e instrumentos de detección de alta precisión.
El descubrimiento de la superconductividad, especialmente sus propiedades peculiares, ha atraído la atención mundial. La gente ha dedicado grandes esfuerzos a la investigación de la superconductividad y sigue siendo un tema de investigación científica muy popular en la actualidad. Actualmente, existen miles de materiales superconductores, incluidos metales, aleaciones y compuestos, todos los cuales tienen diferentes "temperaturas críticas". En la actualidad, la "temperatura crítica" más alta ha alcanzado los 130 K (aproximadamente -143 grados Celsius), y los científicos de todo el mundo están corriendo desesperadamente hacia la temperatura crítica de la temperatura ambiente (300 K o 27 ℃).
¿Cuál es la estructura de la materia superconductora? En la actualidad, la investigación teórica aún no está madura y es necesario explorarla.
Estado superfluido En 1937, el ex físico soviético Pyotr Leonidovich Kapitsa (1894 ~ 1984) se sorprendió al descubrir que cuando la temperatura del helio líquido caía a 2,17 K, repentinamente pasaba de la fluidez general original de los líquidos a " superfluidez": se puede utilizar sin obstáculos. Al estado de la materia con superfluidez lo llamamos "estado superfluido". Pero hasta ahora, sólo se ha descubierto que el helio líquido por debajo de 2,17 K tiene este estado.
Fue el primer científico en obtener helio líquido. No satisfecho, quiso bajar aún más la temperatura para obtener helio sólido. No lo logró (Kisom obtuvo por primera vez helio sólido en 1926 enfriándolo y sobrealimentándolo), pero obtuvo un resultado inesperado.
En los líquidos comunes, a medida que la temperatura disminuye, la densidad aumentará gradualmente. Bajó la temperatura del helio líquido y, efectivamente, la densidad del helio líquido aumentó. Sin embargo, cuando la temperatura bajó a -271 grados centígrados, sucedió algo extraño. El helio líquido deja repentinamente de burbujear, se vuelve tan claro como el cristal, se vuelve tan quieto como un charco de agua estancada y su densidad disminuye repentinamente.
Este es otro tipo de helio líquido. Llamó al líquido burbujeante helio helio helio I en el primero, y al líquido todavía helio helio helio II en el segundo.
Presione un pequeño vaso de vidrio en el helio II. El vaso está vacío, pero después de un tiempo, aparece helio líquido en el fondo del vaso y se eleva lentamente hasta la misma altura que el helio líquido fuera del vaso.
Utiliza helio líquido para sostener este pequeño vaso y colgarlo en el aire. Mira, hay helio líquido debajo del vaso, una gota, dos gotas, tres gotas... Pronto, el helio líquido del vaso se "fugará". ¿El vidrio gotea? No, el cristal no gotea en absoluto. ¿Qué está sucediendo?
Resulta que el helio II puede fluir hacia atrás y entrar y salir a lo largo de la pared del vidrio. Este es un fenómeno que nunca hemos encontrado en nuestra vida diaria y solo puede ocurrir en un mundo de baja temperatura. Este fenómeno se llama superfluidez, y el helio 2 con superfluidez se llama superfluidez.
Más tarde, muchos científicos estudiaron este extraño fenómeno y realizaron muchos nuevos descubrimientos. La más interesante es la fuente de helio cuchillo descubierta por Allen y otros en 1938.
En un tubo de vidrio hay esmeril muy fino y en el extremo superior se conecta una boquilla fina. Sumerja este tubo de vidrio en helio 2, ilumine la parte inferior más gruesa del tubo de vidrio y una boquilla fina rociará una fuente de helio 2. Cuanto más intensa es la luz, mayor es la salpicadura de agua, que puede alcanzar varios centímetros de altura.
La fuente de helio II es también una propiedad especial del superfluido. En este experimento, la energía luminosa se convierte directamente en energía mecánica.
Supersólido Cuando una sustancia está bajo una presión de 654,38+04.000 atmósferas, los átomos de la sustancia pueden "aplastarse". Los electrones son "exprimidos" de los átomos para formar gas de electrones. Los núcleos desnudos están muy compactos y la densidad de la materia es extremadamente alta. Esto es súper sólido. Un material supersólido del tamaño de una pelota de ping pong tiene una masa de al menos 1.000 toneladas.
Existe amplia evidencia de que las enanas blancas menos masivas se encuentran en este estado supersólido en etapas posteriores de su desarrollo. Su densidad media es de decenas de miles a 100 millones de veces la del agua.
Los científicos estadounidenses afirman que pueden haber descubierto un nuevo estado de la materia: el supersólido (o supersólido). Si sus hallazgos son correctos, estarán viendo un estado de la materia muy extraño. La sustancia en este estado es un sólido cristalino, pero puede fluir como un líquido suave y no viscoso.
Las propiedades de los líquidos no viscosos son muy singulares. La gente lo conoce desde hace muchos años y lo llama superfluido. Cuando se agita el superfluido en el recipiente, mantiene su forma de remolino permanentemente, un fenómeno que no se observa en los líquidos comunes. Además, el superfluido puede incluso extenderse por el costado del recipiente y más allá de la parte superior del recipiente. En el pasado, los investigadores descubrieron por primera vez dos superfluidos utilizando helio-4 y helio-3. El comportamiento o fenómenos superfluidos sólo ocurrirá cuando estas dos sustancias se enfríen hasta cerca del cero absoluto.
Según la versión online de la revista "Nature" junio + octubre 65438 + mayo, ¿Yongshun, investigador de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos? ¿Rey y Moisés? Chen dijo que han transformado con éxito el helio-4 congelado en un supersólido. En el experimento, llenaron una placa de vidrio Vic porosa con canales estrechos con helio-4, luego enfriaron la placa de vidrio y aumentaron la presión en más de 60 atmósferas. Luego, gire la placa de vidrio. A 0,175 grados Celsius por encima del cero absoluto, el helio-4 todavía debería estar sólido, pero descubrieron que el vidrio de repente comenzó a girar más fácilmente. La explicación de este fenómeno es que el helio-4 sólido tiene la fluidez de un líquido, lo que hace que gire con facilidad. En otras palabras, el estado del helio-4 en este momento es un estado supersólido.
Jin y Chen dijeron que les resultaría difícil explicar sus hallazgos sin tomar prestada la idea de los supersólidos. Sin embargo, ¿John, investigador de la Universidad de Alberta en Canadá? Por otro lado, Bemis cree que las afirmaciones de Kim y Chen seguramente causarán cierta controversia. Por ejemplo, algunos estudiosos pueden creer que algo de helio líquido todavía cubría la pared de la superficie porosa del vidrio Vic durante el experimento y se volvió superfluido, lo que provocó que se acelerara la rotación del disco de vidrio poroso. Pero Kim y Chen insisten en que lo que encontraron no es lo que afirmó Bemis.
Aunque los materiales con estructura de cristal líquido obtienen la fluidez de los materiales líquidos en estado fundido o en estado de solución, aún conservan el orden unidimensional o bidimensional de la disposición molecular dentro del material, mostrando propiedades físicas de anisotropía. . Este estado que tiene propiedades cristalinas y líquidas se llama estado de cristal líquido, y el material en este estado se llama cristal líquido.
El estado de cristal líquido es un estado entre el estado cristalino y el estado líquido. Es un estado especial de la materia que se diferencia de los estados sólido, líquido y gaseoso dentro de un determinado rango de temperatura. Tiene tanto la birrefringencia exclusiva de los cristales anisotrópicos como la fluidez de un líquido. Generalmente, se pueden dividir en cristales líquidos termotrópicos y cristales líquidos liotrópicos. En aplicaciones de visualización se utilizan cristales líquidos termotrópicos. Cuando la temperatura excede un cierto rango, el cristal líquido termotrópico ya no exhibirá un estado de cristal líquido. La cristalización ocurre cuando la temperatura es baja y se vuelve líquido cuando la temperatura aumenta.
El estado de cristal líquido no solo tiene fluidez y continuidad como un líquido, sino que también mantiene la disposición regular de las moléculas exclusiva de los cristales sólidos y tiene propiedades ópticas anisotrópicas y otras propiedades físicas. Su estructura es entre cristal y líquida, por lo que también se le llama estado mesomórfico.
Debido a la microestructura especial del cristal líquido, exhibe muchas propiedades maravillosas, como transmitancia óptica, reflectividad, color y otras propiedades, y es resistente a entornos físicos externos como fuerza, calor, sonido y electricidad. , la luz y el magnetismo. Es muy sensible a los cambios y por tanto puede utilizarse en campos como la industria electrónica. Los campos de aplicación actuales de los cristales líquidos incluyen principalmente: visualización, replicación de software, detectores, sensores y química analítica.