This site is not complete. The work to converting the volumes of സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം is on progress. Please bear with us
Please contact webmastersiep@yahoo.com for any queries regarding this website.
Reading Problems? see Enabling Malayalam
അതിദ്രാവകം
സര്‍വ്വവിജ്ഞാനകോശം സംരംഭത്തില്‍ നിന്ന്
അതിദ്രാവകം
Super fluid
ഇടുങ്ങിയ നാളികളിലൂടെ, ഘര്‍ഷണം (friction) കൂടാതെ ഒഴുകാന്‍ കഴിവുള്ള ദ്രാവകം. ഒരു ദ്രാവകം ഒരിടത്തുനിന്നു മറ്റൊരിടത്തേക്കു പ്രവഹിക്കുമ്പോള്‍ ദ്രാവകത്തിന്റെതന്നെ അടുത്തടുത്ത പാളികള്‍ തമ്മിലും ദ്രാവകവും ഖരപ്രതലവും തമ്മിലും ഘര്‍ഷണം അനുഭവപ്പെടുന്നതാണ്. തന്‍മൂലം സ്വതന്ത്രമായ പ്രവാഹത്തിനു തടസ്സം നേരിടുന്നു. എല്ലാ ദ്രാവകങ്ങള്‍ക്കും വാതകങ്ങള്‍ക്കും ഉള്ള ഒരു പ്രത്യേകതയാണിത്. എന്നാല്‍ ദ്രവഹീലിയത്തിന് ഇടുങ്ങിയ നാളികളിലൂടെ, ഘര്‍ഷണംകൂടാതെ ഒഴുകാന്‍ കഴിയും.
അന്തരീക്ഷമര്‍ദത്തില്‍ ഹീലിയം വാതകത്തിന്റെ താപനില 4.216°K (കെല്‍വിന്‍) വരെ താഴ്ത്തിയാല്‍ അതു ദ്രാവകമായി മാറുന്നു. താപനില 2.186°k ആകുമ്പോള്‍ അതിന് വീണ്ടും പ്രാവസ്ഥാപരിണാമം (phase change) സംഭവിക്കുന്നു. ലീനതാപം (latent heat) ഇതില്‍ അന്തര്‍ഭവിച്ചിട്ടില്ല. ഒരു പ്രാവസ്ഥാപരിണാമമാണിത്. എന്നാല്‍ ഹീലിയം, ദ്രാവകമായിത്തന്നെ വര്‍ത്തിക്കുന്നതാണ്. ഈ പ്രത്യേക താപനിലയെ ലാംഡ (λ)-അങ്കമെന്നു പറയുന്നു. ഹീലിയം ദ്രാവകം λ-അങ്കത്തിനു മുകളിലായിരിക്കുമ്പോള്‍ അത് ദ്രവഹീലിയം I എന്നും, താഴെ ആയിരിക്കുമ്പോള്‍ ദ്രവഹീലിയം II എന്നുമാണ് അറിയപ്പെടുന്നത്. ദ്രവഹീലിയം II-ന്റെ സവിശേഷതയാണ് അതിദ്രാവകത്വം.
അതിദ്രാവകാവസ്ഥയിലെത്തിയ ഹീലിയത്തിന്റെ മറ്റനേകം ഗുണധര്‍മങ്ങള്‍ കണ്ടുപിടിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. താപനില ഉയരുമ്പോള്‍ സാധാരണ ദ്രാവകങ്ങളുടെ സാന്ദ്രത കുറയുകയും, താഴുമ്പോള്‍ കൂടുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നാല്‍ അതിദ്രാവകത്തിന്റെ സാന്ദ്രതയാകട്ടെ താപനിലയോടൊപ്പം ഉയരുകയും താഴുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതില്‍നിന്നും, അതിദ്രാവകത്തിന്റെ വ്യാപ്തിവികസനീയത (volume expansivity) ന്യൂനസംഖ്യയാണെന്ന് അനുമാനിക്കേണ്ടിയിരിക്കുന്നു.
ദ്രവനിരപ്പിനുമുകളില്‍നിന്നും ദ്രവഹീലിയത്തിന്റെ ബാഷ്പം (vapour) ഒരു പമ്പ് ഉപയോഗിച്ചു നീക്കം ചെയ്താല്‍ അതു താണ താപനിലയില്‍ ശക്തിയോടെ തിളച്ചുമറിയുന്നതു കാണാം. എന്നാല്‍ λ-അങ്കത്തിലെത്തുമ്പോള്‍ തിളയ്ക്കല്‍ പെട്ടെന്നു നില്ക്കുന്നു. അതിനുശേഷവും ദ്രാവകത്തിന്റെ ബാഷ്പനം തുടരുമെങ്കിലും ദ്രാവകവും ദ്രവനിരപ്പും നിശ്ചലമായിരിക്കും. സീമാതീതമായ താപചാലകത്വം ദ്രവഹീലിയം II-ന്റെ ഒരു ഗുണധര്‍മമാണെന്ന് പില്ക്കാലത്ത് കീസം (keesom) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞന്‍ കണ്ടുപിടിച്ചപ്പോള്‍ മാത്രമാണ് ഈ പ്രതിഭാസം വ്യക്തമായി ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ക്ക് മനസ്സിലായത്. ചില പ്രത്യേക പരിതഃസ്ഥിതികളില്‍ ഏറ്റവും നല്ല താപചാലകമാണ് (heat conductor) ചെമ്പ്. ചെമ്പിന്റെ ഏതാണ്ട് 10,000 മടങ്ങുവരെ താപചാലനശേഷി, ദ്രവഹീലിയം II-നുണ്ട്.
അതിദ്രാവകത്തിന്റെ മറ്റൊരു ശ്രദ്ധേയമായ പ്രത്യേകത, അസാധാരണമാംവിധം താണ ശ്യാനത (viscosity) ആണ്. ഇടുങ്ങിയ നാളികളിലൂടെ ഒഴുകുന്ന ദ്രാവകത്തിന്റെ പ്രവാഹനിരക്ക് നിര്‍ണയിക്കുന്ന പോയ്സ്യൂള്‍ (Poiseuille)- നിയമം അനുസരിച്ച് പ്രവാഹനിരക്ക് ശ്യാനതയ്ക്കു വ്യുത്ക്രമാനുപാതികമായിരിക്കണം. ദ്രവഹീലിയത്തിന്റെ പ്രവാഹനിരക്ക് λ-അങ്കത്തിലെത്തുമ്പോള്‍ പെട്ടെന്ന് ക്രമാധികം ഉയരുന്നതായി പരീക്ഷണം വഴി കണ്ടിട്ടുണ്ട്. ഇതു വളരെ നിസ്സാരമായ ശ്യാനതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ദ്രവഹീലിയത്തിന് അപ്രതിരോധ്യമായി ഒഴുകാന്‍ കഴിയുന്നതിന്റെ കാരണമിതാണ്.
അതിദ്രാവകത്വവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഒരു പ്രതിഭാസമാണ് 'ഫൌണ്ടന്‍പ്രഭാവം' (fountain effect) ഒരു ദ്രവഹീലിയം ബാത്തില്‍ (bath) എമറി പൌഡര്‍ നിറച്ച ഒരു തുറന്ന പാത്രം, ചിത്രത്തില്‍ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, താഴ്ത്തിവയ്ക്കുന്നു. പാത്രത്തിന്റെ മുകള്‍ഭാഗം വിസ്താരം കുറഞ്ഞ ഒരു കുഴലാണ്. തുറന്ന അടിഭാഗത്ത് ഒരു കമ്പിവല ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ളതിനാല്‍ പാത്രത്തില്‍നിന്നും പൌഡര്‍ വീണുപോകുന്നില്ല. എമറി പൌഡറില്‍ ഒരു ഫ്ളാഷ് ലൈറ്റില്‍ നിന്നുള്ള കിരണങ്ങള്‍ പതിപ്പിച്ചാല്‍ അത് അല്പം ചൂടു പിടിക്കും. ഇതേത്തുടര്‍ന്ന് ചെറിയൊരു ഹീലിയം ഫൌണ്ടന്‍ രൂപംകൊള്ളുന്നതായി കാണാം. താപനില കുറഞ്ഞ ഭാഗത്തുനിന്നും താപനില കൂടിയ ഭാഗത്തേക്കു ഹീലിയം ദ്രാവകം ഇരച്ചുകയറുന്നതാണ് ഇതിനു കാരണം. സാധാരണ ദ്രാവകങ്ങളില്‍ നേരേ മറിച്ചാണ് സംഭവിക്കുന്നത്.
മറ്റൊരു സവിശേഷത, തുറന്ന പാത്രത്തില്‍ വച്ചിരിക്കുന്ന ദ്രവഹീലിയം II കനം കുറഞ്ഞ ഫിലിമിന്റെ രൂപത്തില്‍ പാത്രത്തിന്റെ ഭിത്തികളിലൂടെ സാവധാനം മുകളിലേക്ക് ഇഴഞ്ഞുകയറി പാത്രത്തിനുപുറത്തു കടക്കുമെന്നുള്ളതാണ് (ചിത്രം A,B,C). ഒഴിഞ്ഞ ഒരു ബീക്കര്‍ ദ്രവഹീലിയം ബാത്തില്‍ ഭാഗികമായി മുക്കിവച്ചിരിക്കുന്നു. അല്പസമയത്തിനുള്ളില്‍ ബീക്കറില്‍ ദ്രവഹീലിയം പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നതു കാണാം. ക്രമേണ ബീക്കറിലെ ദ്രവനിരപ്പുയര്‍ന്ന്, പുറത്തെ ദ്രവനിരപ്പിനൊപ്പമെത്തുന്നു. ഈ നിലയില്‍ ബീക്കര്‍ അല്പമൊന്നുയര്‍ത്തിവച്ചാല്‍ ബീക്കറിലെ ദ്രവനിരപ്പു താഴുന്നതു കാണാം. ബീക്കറിലേയും ബാത്തിലേയും ദ്രവനിരപ്പ് തുല്യമാകുന്നതുവരെ ഇതു തുടരുന്നു. ബീക്കര്‍ ബാത്തിലെ ദ്രവനിരപ്പിനുമുകളില്‍ പിടിച്ചിരുന്നാലും അതില്‍നിന്നു ദ്രാവകം പുറത്തുകടന്നു ബാത്തിലേക്കു തുള്ളിതുള്ളിയായി പതിക്കുന്നതാണ്.
രണ്ടു സിദ്ധാന്തങ്ങള്‍ ദ്രവഹീലിയം II-നെ സംബന്ധിച്ച് ആവിഷ്കരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. ലാന്ഡോ(Landau)യുടെ സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് ദ്രവഹീലിയം II-ന്റെ ഊര്‍ജതലങ്ങള്‍ അവിച്ഛിന്നമായ രണ്ട് ഊര്‍ജമേഖലകളുടെ അതിവ്യാപനംമൂലം ഉണ്ടായിട്ടുള്ളവയാണ്. ഇവയില്‍ ഒന്ന് 'ഫോണോണ്‍' (Phonon:ശബ്ദത്തിന്റെ ക്വാണ്ടം) ഊര്‍ജനിലകളെയും മറ്റേത് 'റോട്ടോണ്‍' (Roton:ഭ്രമിളഗതി-Vortex motion യുടെ ക്വാണ്ടം) ഊര്‍ജനിലകളെയും പ്രതിനിധാനം ചെയ്യുന്നു. ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ റോട്ടോണ്‍ ഊര്‍ജനില ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ ഫോണോണ്‍ ഊര്‍ജനിലയേക്കാള്‍ അല്പം മുകളിലായതിനാല്‍ അവയ്ക്കിടയില്‍ ഒരു ഊര്‍ജാന്തരാളം (energy gap) ഉണ്ടായിരിക്കും. ഈ തത്ത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി മറ്റുചില സങ്കല്പനങ്ങളുടെ സഹായത്തോടെ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ലാന്‍ഡോയുടെ ക്വാണ്ടംദ്രവഗതികം (ക്വാണ്ടം ഹൈഡ്രോഡൈനാമിക്സ്) ദ്രവഹീലിയം II-ന്റെ അസാധാരണ സ്വഭാവങ്ങളെ ഏറെക്കുറെ തൃപ്തികരമായി വിശദീകരിക്കുന്നുണ്ട്.
ക്വാണ്ടം സാംഖ്യികബലതന്ത്രത്തെ (Quantum Statistical Mechanics) അടിസ്ഥാനമാക്കി എഫ്. ലണ്ടന്‍ ആവിഷ്കരിച്ച മറ്റൊരു സിദ്ധാന്തവും നിലവിലുണ്ട്. അതനുസരിച്ച് ദ്രവഹീലിയം I-ല്‍ നിന്നും ദ്രവഹീലിയം II-ലേക്കുള്ള സംക്രമണം ഒരു പ്രത്യേകതരം ക്വാണ്ടംസംഘനനം (Quantum condensation) ആണ്. ബോസ്-ഐന്‍സ്റ്റൈന്‍ (Bose Einstein) സംഘനനം എന്ന പേരിലാണിതറിയപ്പെടുന്നത്. ലാന്‍ഡോയുടെയും ലണ്ടന്റെയും വീക്ഷണങ്ങളെ കണക്കിലെടുത്തുകൊണ്ട് ടിസ്സാ (Tisza), ഹീലിയത്തിന് ഒരു 'ദ്വയദ്രവമാതൃക' (Two fluid model) അവതരിപ്പിക്കുകയുണ്ടായി. അതനുസരിച്ച്, ദ്രവഹീലിയം II രണ്ടുതരം ദ്രാവകങ്ങളുടെ ഒരു മിശ്രിതമാണ്; ഒന്ന് സാധാരണ-അണുക്കളും മറ്റേത് അതിദ്രാവക-അണുക്കളും ചേര്‍ന്നുണ്ടായതായി കരുതണം. അതിദ്രാവക-അണുക്കള്‍ക്കു സാധാരണ അണുക്കളുടെ ഇടയില്‍ ഘര്‍ഷണംകൂടാതെ സഞ്ചരിക്കാന്‍ കഴിയും. λ-അങ്കത്തില്‍ എല്ലാ അണുക്കളും സാധാരണ സ്വഭാവമുള്ളതാണെങ്കില്‍, താപനില ശൂന്യം (0°K) ആകുമ്പോള്‍ എല്ലാം അതിദ്രാവകസ്വഭാവമുള്ളവയായിത്തീരുന്നു.
അതിദ്രാവകത്വവുമായി വളരെ അടുത്ത സാധര്‍മ്യമുള്ള ഒരു പ്രതിഭാസമാണ് അതിചാലകത. അതിചാലകതയെ ഒരു അതിദ്രാവകപ്രതിഭാസമായി വിവരിക്കാറുണ്ട്. രണ്ടിനേയും വിശദീകരിക്കാന്‍ ദ്വയദ്രവമാതൃക ഉപയോഗപ്പെടുത്തിവരുന്നു. എന്നാല്‍ രണ്ടും തമ്മില്‍ പ്രകടമായൊരു വ്യത്യാസമുണ്ട്. അതിചാലകത്വത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത് അതിചാലക ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ആണ്; അതിദ്രാവകത്തെ നിര്‍ണയിക്കുന്നത് അതിദ്രാവക അണുക്കളും. പൌളി(Pauli)യുടെ അപവര്‍ജനതത്ത്വം ഇലക്ട്രോണ്‍ അനുസരിക്കുന്നു. പക്ഷേ, അണു ഈ തത്ത്വത്തിനു വിധേയമല്ല. അതിനാല്‍ രണ്ടിനും ബാധകമായ ശരിയായ അടിസ്ഥാനത്തിലുള്ള ഒരു സാംഖ്യികസിദ്ധാന്തം ആവിഷ്കരിക്കുക ദുഷ്കരമാണ്. നോ: അതിചാലകത, നിമ്നതാപഭൌതികം
(എം.എന്‍. ശ്രീധരന്‍ നായര്‍)
