Düşük Sıcaklıklar
Düşük Sıcaklıklar Fiziği
Düşük Sıcaklıklar Fiziği Nedir
Oksijenin sıvılaşma sıcaklığı olan — 183°C ile mutlak sıfır noktası kabul edilen —273°C arasındaki çok düşük sıcaklıkların elde edilmesi, denetlen*mesi ve kullanılmasıyla ilgilenen fizik dalına düşük sıcaklıklar fiziği ya da kriyojeni denir. Eski Yunanca'dan alınan bu sözcüğün anlamı da "soğuk üretimi"dir.
Bir maddenin ısıtılması moleküllerinin ras*gele hareketini artırır. Soğutulması ise moleküllerin bu düzensiz hareketini yavaş*latarak belli bir düzen içine girmelerini sağlar; böylece sürtünme azalır. (Bu olayı, dar bir kapının önünde düzgün bir kuyruk oluşturan insanların itişip kakışan bir kalabalıktan daha kısa sürede içeri girmelerine benzetebiliriz.) Çok düşük sıcaklıklarda maddelerin bazı özellikleri büyük ölçüde değişir. Örneğin bazı metaller iyice soğutulduğunda kusursuz bir elektrik iletkenine dönüşür; bu durumdaki metallere de üstüniletken ya da aşırıiletken denir. Bir maddenin üstüniletken duruma gelebilmesi için, elektrik iletiminden sorumlu olan elektronların serbestçe hareket edebil*mesi gerekir; bunun yolu da elektronları engelleyerek madde içinde bir elektrik direnci yaratan rasgele molekül hareketini düzene sokmaktır. Sözgelimi cıva — 269°C'nin altın*daki sıcaklıklarda üstüniletkendir.
Maddenin çok düşük sıcaklıklarda değişik özellikler kazanmasının başka bir örneği de sıvıların üstünakışkan duruma gelmesidir. Özellikle sıvı helyum —271°C'nin altındaki sıcaklıklarda bütün ağdalılığını (viskozitesini) ve akma direncini yitirerek en dar çatlakların ya da kanalların içinden bile hiç sürtünmeksi-zin akar. Ayrıca, bulunduğu yüzeylerde ince*cik bir katman oluşturarak örneğin bir kabın kenarlarına doğru tırmanabilir. Sıvı helyu*mun bu ilginç ve alışılmadık özelliği, yarı yarıya doldurulmuş ağzı açık bir kabın taşarak kendi kendine boşalması gibi beklenmedik bir sonuç doğurur.
Düşük sıcaklıklar fiziğinde ilk deneyler 1877'de İsviçreli fizikçi Raoul Pictet'nin ça*lışmalarıyla başladı. Pictet'nin — 175°C gibi doğada örneğine rastlanmayacak kadar düşük sıcaklıkları laboratuvar koşullarında elde et*mesi ilk büyük başarıydı. Bunu 1893'te İskoçyalı kimyacı ve fizikçi Sir James Dewar'ın gerçekleştirdiği deneyler izledi. O günden bu yana düşük sıcaklıklar fiziğindeki bütün geliş meler sanayi ve teknolojinin birçok alanına uygulanmış, özellikle havacılık ve uzay sana*yisi ile elektronikte büyük ilerlemelere yol açmıştır. Örneğin sıvı oksijen ve hidrojenle çalışan uzay araçları, üstüniletkenlerin kulla*nıldığı bilgisayarlar, güdümlü silahlar ve ileti*şim sistemleri, yiyeceklerin uzun süre bozul*madan saklanmasını sağlayan dondurulmuş gıda teknikleri hep bu çalışmaların ürünüdür. Ama düşük sıcaklıkların tıp ve biyoloji araştırmalarındaki yararları belki hepsinden daha çarpıcıdır. Nitekim bugün biyoloji bilimlerin*de "kriyobiyoloji" denen özel bir dal gelişmiş*tir. Ayrıca fizik araştırmalarında kullanılan çok güçlü, ama eskisinden 100 kat küçük elektromıknatıslar da düşük sıcaklıkların sağ*ladığı olanaklardan biridir. Çünkü üstüniletken metalden yapılan incecik bir tel, sıradan bir iletkeni hemen eritebilecek düzeydeki elektrik akımlarını kolayca taşıyabilir
Düşük Sıcaklıklar Fiziği
Düşük Sıcaklıklar Fiziği Nedir
Oksijenin sıvılaşma sıcaklığı olan — 183°C ile mutlak sıfır noktası kabul edilen —273°C arasındaki çok düşük sıcaklıkların elde edilmesi, denetlen*mesi ve kullanılmasıyla ilgilenen fizik dalına düşük sıcaklıklar fiziği ya da kriyojeni denir. Eski Yunanca'dan alınan bu sözcüğün anlamı da "soğuk üretimi"dir.
Bir maddenin ısıtılması moleküllerinin ras*gele hareketini artırır. Soğutulması ise moleküllerin bu düzensiz hareketini yavaş*latarak belli bir düzen içine girmelerini sağlar; böylece sürtünme azalır. (Bu olayı, dar bir kapının önünde düzgün bir kuyruk oluşturan insanların itişip kakışan bir kalabalıktan daha kısa sürede içeri girmelerine benzetebiliriz.) Çok düşük sıcaklıklarda maddelerin bazı özellikleri büyük ölçüde değişir. Örneğin bazı metaller iyice soğutulduğunda kusursuz bir elektrik iletkenine dönüşür; bu durumdaki metallere de üstüniletken ya da aşırıiletken denir. Bir maddenin üstüniletken duruma gelebilmesi için, elektrik iletiminden sorumlu olan elektronların serbestçe hareket edebil*mesi gerekir; bunun yolu da elektronları engelleyerek madde içinde bir elektrik direnci yaratan rasgele molekül hareketini düzene sokmaktır. Sözgelimi cıva — 269°C'nin altın*daki sıcaklıklarda üstüniletkendir.
Maddenin çok düşük sıcaklıklarda değişik özellikler kazanmasının başka bir örneği de sıvıların üstünakışkan duruma gelmesidir. Özellikle sıvı helyum —271°C'nin altındaki sıcaklıklarda bütün ağdalılığını (viskozitesini) ve akma direncini yitirerek en dar çatlakların ya da kanalların içinden bile hiç sürtünmeksi-zin akar. Ayrıca, bulunduğu yüzeylerde ince*cik bir katman oluşturarak örneğin bir kabın kenarlarına doğru tırmanabilir. Sıvı helyu*mun bu ilginç ve alışılmadık özelliği, yarı yarıya doldurulmuş ağzı açık bir kabın taşarak kendi kendine boşalması gibi beklenmedik bir sonuç doğurur.
Düşük sıcaklıklar fiziğinde ilk deneyler 1877'de İsviçreli fizikçi Raoul Pictet'nin ça*lışmalarıyla başladı. Pictet'nin — 175°C gibi doğada örneğine rastlanmayacak kadar düşük sıcaklıkları laboratuvar koşullarında elde et*mesi ilk büyük başarıydı. Bunu 1893'te İskoçyalı kimyacı ve fizikçi Sir James Dewar'ın gerçekleştirdiği deneyler izledi. O günden bu yana düşük sıcaklıklar fiziğindeki bütün geliş meler sanayi ve teknolojinin birçok alanına uygulanmış, özellikle havacılık ve uzay sana*yisi ile elektronikte büyük ilerlemelere yol açmıştır. Örneğin sıvı oksijen ve hidrojenle çalışan uzay araçları, üstüniletkenlerin kulla*nıldığı bilgisayarlar, güdümlü silahlar ve ileti*şim sistemleri, yiyeceklerin uzun süre bozul*madan saklanmasını sağlayan dondurulmuş gıda teknikleri hep bu çalışmaların ürünüdür. Ama düşük sıcaklıkların tıp ve biyoloji araştırmalarındaki yararları belki hepsinden daha çarpıcıdır. Nitekim bugün biyoloji bilimlerin*de "kriyobiyoloji" denen özel bir dal gelişmiş*tir. Ayrıca fizik araştırmalarında kullanılan çok güçlü, ama eskisinden 100 kat küçük elektromıknatıslar da düşük sıcaklıkların sağ*ladığı olanaklardan biridir. Çünkü üstüniletken metalden yapılan incecik bir tel, sıradan bir iletkeni hemen eritebilecek düzeydeki elektrik akımlarını kolayca taşıyabilir
