Magnetky

2D systém

Peter Rabatin a Jakub JenčaGTA

Fázový prechod

• Prechod látky z jedného skupenstva do druhého sa nazýva fázová premena. Najčastejšie ide o vyparovanie, topenie kryštálu a sublimáciu.

• Prvou fázovou premenou je tuhnutie, ktorej opakom je topenie. Skupenské teplo topenia je teplo, ktoré musí kryštalické teleso prijať, aby sa pri rovnakej teplote zmenilo na kvapalinu. Tento dej prebieha pri teplote tuhnutia.

2D systémy• 2D systém je hraničný prípad medzi 3D a 1D

systémom. KT (Strandburg, Rev. Mod. Phys. 60, (1988), str.162)

• Dvojrozmerné systémy, ktorých častice na seba pôsobia prostredníctvom rôznych druhov síl sú predmetom širokého záujmu v teoretickej a experimentálnej, ale aj počítačovej fyzike. (Rev. Mod. Phys., Vol. 60, No. 1, January 1988)

• Pokiaľ je nám známe, nikde sa neštudovala závislosť od teploty systému (okrem počítačových simulácií).

• Experimentálne 2d systémy sa dajú študovať iba na podložke, ktorej vplyv spôsobuje komplikácie.

Čo vieme všeobecneAnalógiou obyčajných 3D kryštálov je ,,kryštalická vrstva“ v ktorej sú atómy pravidelne rozložené v uzloch dvojrozmernej mriežky. Toto rozloženie by mohlo byt opísane dvojrozmernou funkciou hustoty ρ(x,y)

• Podľa L.D.Landau sa ukazuje že takáto nekonečná mriežka nemôže existovať lebo by sa musela rozmazať v dôsledku fluktuácií do stavu ρ = konšt.

• Aby nedošlo k nedorozumeniu ukazuje sa že fluktuačné deformácie sa blížia k nekonečnu pri neohraničenom raste rozmerov systému (v 3D mriežke zostávajú konečné). Jednako, rozmery systému pri ktorých fluktuácie zostanú ešte malé môžu byt dosť veľké. V takýchto prípadoch 2D systém konečných rozmerov sa môže prejavovať ako 2D kryštál.

• Podobne ako v 3D telesách tak v 2D systémoch je možnosť rôznych fázových prechodov.

Popis študovaného systému

• Študovali sme systém magnetov, ktoré sa pohybujú na vzduchovom vankúši. Tento vankúš znižuje trenie a prúdiaci vzduch im dodáva kinetickú energiu. Takto máme vytvorený 2D systém častíc, ktoré sa magneticky odpudzujú. Naše zariadenie umožňuje okrem hustoty častíc zmenou počtu magnetov, regulovať aj teplotu prostredníctvom regulovania intenzity fúkania.

Čo sme chceli zistiť?• Zmenu energie potenciálnej v

závislosti od teploty. • Polohy jednotlivých častíc v

kryštalickej mriežke pri fázovom prechode(vyparovanie, tuhnutie, sublimácia...)

• Ďalšou možnosťou je určovať rýchlosti častíc v čase, vypočítať silu a vnútornú energiu a určiť či ide o fázový prechod prvého alebo druhého druhu.

Spracovanie výsledkov

• Natočené video sme exportovali do programu ip coach, kde sme postupne spracovávali

Čo sme pozorovali

Naša aparatúra

Vyššia „teplota“

Trajektórie častíc pri vyššej „teplote“

0

5

10

15

20

25

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Nižšia „teplota“

Trajektórie častíc pri nižšej „teplote“

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Vízia do budúcnostiZistiť vnútornú energiu systému v

závislosti od teplotyZo zaznamenaných videí,

pripravených na ďalšie spracovanie, zakreslíme trajektórie častíc a budeme pomocou nich môcť ukázať topologické defekty štruktúry v závislosti od ,,teploty“. (Pri akej teplote aká je dokonalá štruktúra)

Ďakujeme za pozornosť