Вырожденное состояние

Только и исключительно для новичков и чайников в астрономии, просто и доступно. Зашел, почитал, понял, если не понял - тут же спросил.

Модераторы: Ulmo, Булдаков Сергей

Вырожденное состояние

Непрочитанное сообщение Mihail » 05 сен 2008 12:29

Чем отличается вырожденное состояние вещества от скажем жидкого металла, обладающего той же электронной проводимостью?
Mihail
 
Сообщения: 3
Зарегистрирован: 21 июн 2007 17:34
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Ярослав » 06 сен 2008 01:41

Mihail, вырожденное в-во и металлы, в жидком состоянии, это совершенно разные вещи.

Проводимость в металлах (независимо жидкие они или твердые, но не газообразные!) обуславливается так называемым электронным газом, который представляет из себя электроны, свободно перемещающееся от атома к атому (т. к. в металлах атомы связаны металлической связью, т. е. не зависимо от размера кристалла его можно представить, как единую молекулу). При попадание метала в электромагнитное поле, электроны начинают двигаться упорядоченно. Благодаря этому металлы - отличные проводники.

Вырожденное в-во:
1. Когда атомы находятся в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений, они теряют свои электроны (они переходят в электронный газ). Другими словами, они полностью ионизованы (плазма). Давление такого газа(плазмы) определяется давлением электронов. Если плотность очень высока, все частицы вынуждены приближаться к друг другу. Электроны могут находится в состояниях с определенными энергиями, причем два электрона не могут иметь одинаковую энергию (если только их спины не противоположны). Таким образом, в плотном газе все нижние уровни энергии оказываются заполненными электронами. Такой газ называется вырожденным. В этом состоянии электроны проявляют вырожденное электронное давление, которое противодействует силам гравитации.

2. Тоже самое происходит в нейтронных звездах, но в этом случае давление вырожденного вещества проявляется благодаря нейтронам, а не электронам. В нейтронных звездах гравитационное давление высоко, достаточно высоко, чтобы вдавить электроны в протоны, и образовать нейтроны. Эти нейтроны затем сжимаются вместе до тех пор, пока гравитационное давление не уравновесится давлением вырожденных нейтронов.

Вывод: отличия в агрегатном состоянии => отличаются физ. свойстами, сущестуют в различных условиях, отличаюся строением на микроскопическом уровне. Т. е. ничего общего, кроме электронного газа (в 1 случае) и электропроодности у них нет.
Sky-Watcher 2001PEQ-5 200/1000
ТАЛ Алькор 65 мм
Sony DSC-W70
Аватара пользователя
Ярослав
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 266
Зарегистрирован: 12 фев 2007 10:11
Откуда: г.Климовск Московская область
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

вырожденное состояние

Непрочитанное сообщение Mihail » 07 сен 2008 00:25

Ярослав спасибо тебе за подробный ответ.
Мне трудно представить жидкий металл как одну молекулу. Молекула - это всё таки категория кристаллов, где атомы(ионы) не имеют возможности мигрировать в различных направлениях. Металлическая же связь обуславливается, с одной стороны, как ковалентными причинами, так и, с другой, свободным электронным газом - в какой то момент времени внешний электрон оказывается ближе у соседнего атома и в этот момент возникает диполь или доп. связь. Поэтому я никак не могу уловить принципиальной разницы например между металлическим водородом (предполагаю, что он находится в вырожденном состоянии) и жидким литием. Как будет выглядеть литий в вырожденном состоянии? Li+3? Что надо сделать с водородом чтобы его привести в выр. состояние? Охладить до 0 К или сжать?
Mihail
 
Сообщения: 3
Зарегистрирован: 21 июн 2007 17:34
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Ярослав » 07 сен 2008 01:58

Mihail, Вы путаете врожденное состояние электронов, с вырожденным состоянием в-ва. Вырожденные электрны присутствют как в металлах, так и в выр. в-ве. Но! Металл - это обычное состояние в-ва (тв. или жидкое).
Давайте для наглядности приведу вам цепочку (энергия увеличивается слева направо):
тв. состояние => жидкое состояние => газообразное состояние => плазма (вырожденное вещество).

Mihail писал(а):...разницы например между металлическим водородом (предполагаю, что он находится в вырожденном состоянии) и жидким литием...


Металлический водород находится не в вырожденном состонии, он представляет из себя такой же металл, как и литий, просто существуют они (как металлы) в различных условия. Для лития - это номальные условия, т. е. привычные нам температура и давление. Однако, для того, чтобы водород находился в металлическом состоянии, требуются колоссальное давление. Поэтому, например, ядро Юпитера состоит частично из металлического водорода. А в ядре Солнца водород находится в вырожденном состоянии (плазма) потому, что помимо огромного давления там еще и температура ого-го какая (энергия больше и водород ионизируется), что, кстати, способствует протеканию термоядерной реакции.

Mihail писал(а):Как будет выглядеть литий в вырожденном состоянии?


Взгляните на Солнце или на др. звёзды. Они почти полностью состоят из вырожденных в-в, в число которых входит и литий. :D

Mihail писал(а):Что надо сделать с водородом чтобы его привести в выр. состояние?


Как уже написал выше, нагреть до определенной температуры, дальше происходит ионизация и все готово. Так же можно облучить водород фотонами с большой энергией или подвергнуть какому-либо другому облучению (альфа, бета, нейтронами, протонами...).

Mihail писал(а):Охладить до 0 К...?


А вот этого сделать уже не возможно (основной закон термодинамики)! Также как и невозможно преодолеть скорость света. Т. к. при абсолютном нуле атомы перестают совершать какие либо движения, что противоречит законам термодинамики.

Mihail писал(а):Молекула - это всё таки категория кристаллов


Из молекул состоят все в-ва, ну кроме простых, которые в таблице менделева указаны. А вообще под молекулой подразумевает 2 или более соединенных между собой ковалентной, ионной или металлической связями атома. А что каксается жидкого металла, то в нем также присутствует металлическа связь, но расстояния между атомами больше, поэтому связь слабее. Таким образом атомы металла образуют агломераты (згустки, если можно так выразиться :) ), которые и можно назвать молекулами.
Что касается вырожденного в-ва: для него понятие молекула не применимо, т. к. при таких температурах атомы разрушаются на ядра и электроны, не говоря уже о молекулах!
Sky-Watcher 2001PEQ-5 200/1000
ТАЛ Алькор 65 мм
Sony DSC-W70
Аватара пользователя
Ярослав
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 266
Зарегистрирован: 12 фев 2007 10:11
Откуда: г.Климовск Московская область
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Ярослав » 07 сен 2008 02:19

Ксатати, вырожденное вещество (плазма) способно светиться, за счет перемещения электронов от одной орбитали к другой и при отрыве их от атомов.
Маталлы, как известо, имеют блеск, обусловленный выродженными электронами, такой блеск называется вторичным излучением.
Sky-Watcher 2001PEQ-5 200/1000
ТАЛ Алькор 65 мм
Sony DSC-W70
Аватара пользователя
Ярослав
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 266
Зарегистрирован: 12 фев 2007 10:11
Откуда: г.Климовск Московская область
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

вырожденное состояние

Непрочитанное сообщение Mihail » 08 сен 2008 00:15

Если плазма и вырожденное в-во (ВВ) это синонимы, тогда более менее понятно. Хотя говорят, что давление ВВ не зависит от Т, а давление плазмы даже очень. Если Солнце нагреть дополнительно, то давление плазмы увеличится и оно, соответственно, раздуется.
На сайте -www.astrogalaxy.ru/208.html-читаем, что "вырожденное состояние вещества наступает при абсолютном 0 К, когда атомы полностью останавливаются (движение електронов конечно продолжается ), и при нагревании это состояние пропадает" !?

При сильной гравитации, как, например, в том же белом карлике, движением атомов (они станут очень тяжелыми, да места особо тут нет) тоже, наверно, можно пренебречь. Налицо, в общем- то, сходные ситуации. Но тогда получается, что такая система, на мой дилетантский взгляд, идентична металлу со свободным е-газом. В чем тогда разница? И что такое энергия вырождения, для которой энергия теплового движения газа при Т=10000 С - это "капля в море"?
Mihail
 
Сообщения: 3
Зарегистрирован: 21 июн 2007 17:34
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Ярослав » 08 сен 2008 00:36

Mihail писал(а):На сайте -www.astrogalaxy.ru/208.html-читаем, что "вырожденное состояние вещества наступает при абсолютном 0 К, когда атомы полностью останавливаются (движение електронов конечно продолжается ), и при нагревании это состояние пропадает" !?

Михаил, задумайтесь, если вырожденное состояние вещества наступает при абсолютном 0 К, то почему тогда белые карлики и нейтронные дыры, температура кторых достаточно отличается от 0 К :D , состоят из ВВ?

И еще, задумайтесь над тем, что если абсолютный ноль - это не достижимая условная величина, то получается (из Ваших рассуждений), что ВВ также является невозможным состоянием.

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B1%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BD%D1%83%D0%BB%D1%8C_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B

Более понятно: абс. ноль является условным недостижимым лимитом. Т. е. это чисто теоритическая величина, расчитанная на остновании законов термодинамики. В природных и искусственных условиях его достичь не возможно, также как, например, скорости света.
Sky-Watcher 2001PEQ-5 200/1000
ТАЛ Алькор 65 мм
Sony DSC-W70
Аватара пользователя
Ярослав
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 266
Зарегистрирован: 12 фев 2007 10:11
Откуда: г.Климовск Московская область
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Spirit universe » 08 сен 2008 23:26

Существует ли верхний предел температуры? Когда, например, при сильных соударениях малекул, разрушается их структура, а так же структура самих атомов и кварков - переход в так называемую кварк-глюонную плазму.
"Самое непонятное в этом мире - это то, что его можно понять" А. Эйнштейн
Аватара пользователя
Spirit universe
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 401
Зарегистрирован: 26 июн 2007 23:16
Откуда: Самарская обл., село Шентала
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение Ярослав » 09 сен 2008 04:04

Spirit universe
Существуют, все молекулы и атомы способны разрушаться.

Молекулы: делятся по на два типа: органические и неорганические. Первые менее устойчивые. Для примера, попробуйте нагреть при температуре более 400-500 *С без доступа воздуха вату, сахар, древисину и т. п., если проводить нагревание интенсивно и долго, то в конце концов получится смесь неорганических в-в (в основном вода, углекислый, угарный газы + примеси) и углерод (черная субстанция с металлическим блеском, простыми словами - уголь). Уравнение для сахара: С12Н22О11 --> СО2 + СО + Н2О + С (без коэффициентов, потому что лень :) ). Наиболее термически устойчивые огранические вещества это полифтороуглероды более известные как тефлоны (торговая марка), те самые что на сковородках :) .
Неорганические в-ва: эти уже более устойчивые, допустим, чтобы термически разложить воду на кислород и водород надо нагреть её до темературы >1500*С (точно не помню). Второй пример, водород: как известо его молекула двухатомна Н2, но при нагревании она тоже разрушается. Н2=Н+Н.
Наиболее термически устойчивы из неоганических веществ это карбиды переходных металлов, кремния, разлагаются при температуре более 3500*С, например, SiC (по свойтвам похож на алмаз, толко ему по твердости уступает), WC (это не обозначение туалета :D . Слышал про сплав победит? На основе карбида вольфрама (WC))...

Вывод: все молекулы под действием температуры способны разрушаться!

Далее, что касается атомов. Естественно их тоже можно термически разложить на составляющие, продуктом является ни что иное, как плазма. Продукт зависит от степени нагрева. При относительно не большой температуре от атомов отрываются только внешние электроны. При повешении температуры будут "мухи отдельно, котлеты отдельно", т. е. "голые" ядра + свободные электроны. А вот, что касается разложения ядер на протоны и нейтроны, что-то я не могу вспомнить ничего такого интересного, чтобы протекало без ядерных реакций.

А насчет кварк-глюонной плазмы могу сказать, что это довольно таки редкое явление. По крайней мере это лишь предположение. Считают, что Вселенная состаяла из КГ плазмы в первые моменты после Большого взрыва. Также считают, что КГ плазма может образовываться при столкновениях массивных частиц на околосветных скоростях. Не думаю, что можно достичь данного состояния в-ва термическим воздействием :) . Хотя, быть может КГ плазма содержится в черных дырах, туда же ещё никто пока не заглядывал...
Да и вообще, рассматривать мир основываясь на кварках пока что рановато. Кварки это просто наиболее правдоподобная гипотеза о строении элементарных частиц (к тому же никто их до сих пор не видел и не трогал :D). Но существуют и другие предположения, вот, почитай, например, здесь:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0% ... 1%80%D0%BA
Sky-Watcher 2001PEQ-5 200/1000
ТАЛ Алькор 65 мм
Sony DSC-W70
Аватара пользователя
Ярослав
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 266
Зарегистрирован: 12 фев 2007 10:11
Откуда: г.Климовск Московская область
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение slonougam » 16 июн 2009 14:04

Spirit universe.
Существует ли верхний предел температуры?
Можно попробовать, представить себе такой предел - верхний предел температуры.
Известно, что температура является мерой интенсивности теплового движения молекул.
Если в некотором объёме, какие-то объекты, например, атомы или молекулы, но скорее их части, "элементарные частицы", будут увеличивать скорость своего движения и начнут приближаться к скорости света, (А она конечна.)то можно ожидать, что температура тоже будет приближаться к некому барьеру, выше которого нагреть вещество не удастся. Наверно, это и будет - верхний предел температуры.
Иными словами это температура частиц носящихся со скоростью близкой к скорости света.
Где вы найдёте такие условия я не знаю - я не виноват. :o
slonougam
Статус: Новичок
Статус: Новичок
 
Сообщения: 43
Зарегистрирован: 14 дек 2008 17:28
Откуда: Подольск
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.

Непрочитанное сообщение * » 16 июн 2009 16:14

А какова температура "накаченной" молекулы в кристалле лазера?
Вселенная - это не то, что кажется.
*
Статус: Старожил
Статус: Старожил
 
Сообщения: 706
Зарегистрирован: 27 май 2007 23:24
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.


Вернуться в ЧаВо по астрономии для новичков и чайников

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1