Overraskende opdagelse om væsker

Du tror, at du ved, hvad glas er: Noget man drikker af, og noget man bruger til at lave vinduesruder. Men glas er faktisk en bred betegnelse, der dækker over alle væsker, som i nedkølet tilstand bliver til en hård struktur.

På Roskilde Universitet sidder en forskergruppe på grundforskningscentret ’Glas og Tid’, som arbejder med væsker.

LÆS OGSÅ PÅ VIDENSKAB.DK: Overraskelsesangreb ramte forsiden

Overordnet set arbejder Glas og Tid på at forstå, hvad der sker med væsker, når de bliver kølet ned. Men ved at lave trykeksperimenter med væskerne har forskerne fået et ekstra redskab, som samtidig også har ført dem til en ny og uventet viden – at nogle væsker er mere ’simple’ end andre.

Forskergruppen er dermed blevet klogere på alle væsker, også dem der er langt fra glastilstanden (den fjerde tilstandsform ud over fast, flydende og gas).

»I lang tid har vi troet, at vi skulle prøve at forstå alle væsker på én måde, men nu har vi fundet ud af, at der er en klasse af væsker, som er særligt simple. Ud fra det kan man så lave en basismodel, som også kan danne grundlag for en bedre forståelse af mere komplicerede væsker,« siger lektor Kristine Niss fra Glas og Tid på RUC til Videnskab.dk.

Forskergruppens resultater blev publiceret i oktobernummeret af Nature Physics.

SE OGSÅ PÅ VIDENSKAB.DK: Sådan forvandler du vand til whisky

Trykeksperimenterne adskiller de to parametre, som normalt kendetegner en nedkølet væske: At den trækker sig sammen, og at dens molekyler bevæger sig langsommere, hvilket gør den tyktflydende.

Når man sætter væskerne under tryk, ændrer man kun volumen på væsken og ikke hastigheden på molekylerne inde i den. Det vil sige, at den trækker sig sammen og bliver sejtflydende, uden at temperaturen ændres.

Volumen i den nedkølede væske, i dette tilfælde en silikoneolie, viste sig dog at hænge meget mere sammen med temperaturen, end man anede.

SE OGSÅ PÅ VIDENSKAB.DK: Få glasset til at drikke

»Der var en meget stor overensstemmelse mellem virkningen af ændringer i volumen og temperaturen. For at vide noget om væsken behøver jeg ikke både at vide, hvad volumen og temperaturen er hver for sig – jeg skal bare vide, hvad kombinationen af de to er,« siger Kristine Niss og fortsætter:

»Typisk vil vi kende dem begge to, men det er et led i vores fornyede forståelse, at vi skal se det som to sider af samme sag.«

LÆS OGSÅ PÅ VIDENSKAB.DK: Glas kan smelte ved hjælp af kvante-vibrationer

Sammenhængen mellem volumen og temperatur gælder dog kun for nogle væsker, de såkaldte ’simple’ væsker, og pludselig havde forskerne en ny klassifikation af de væsker, som de har arbejdet med siden grundforskningscentrets start i 2005.

Væskernes inddeling i ’simple’ (f.eks. olie og smeltet metal) og ’komplicerede’ (f.eks. vand og alkohol) fik en masse brikker til at falde på plads, fortæller professor Jeppe C. Dyre, som er centerleder ved Glas og Tid.

»Der ikke nogen, der rigtig for alvor har stillet spørgsmålet ’hvad er en simpel væske?’ før, men da vi gjorde det, var der pludselig en masse ting, der gav mening. Det viste os, at vi måtte have fat i et eller andet,« siger han.

LÆS OGSÅ PÅ VIDENSKAB.DK: Eksperimental fysik undersøger ny fasetilstand

I første omgang er der tale om ren grundforskning, fortæller Jeppe C. Dyre. Men en forståelse af væsker under ekstreme tryk er relevant i en række sammenhænge: For eksempel er store dele af Jordens indre flydende sten, som er under ekstreme tryk og temperaturer, og det er vigtigt at kende viskositeten for at kunne forudsige flydeprocesser i Jordens indre, kontinentaldrift osv.

»Et andet eksempel er forståelse af noget så simpelt som smøreoliers egenskaber – i motorer udsættes denne væske for høje tryk og temperaturer,« siger Jeppe C. Dyre.

LÆS MEGET MERE OM OPDAGELSEN PÅ VIDENSKAB.DK