دوشنبه, ۲۸ خرداد, ۱۴۰۳ / 17 June, 2024
مجله ویستا

ابر رسانا ها


ابر رسانا ها
اگردمای فلزات مختلف را تا دمای معینی(دمای بحرانی) پایین اوریم پدیده شگرفی در انها اتفاق می افتد كه طی ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جریان برق تا حد صفراز دست خواهند داد .وتبدیل به ابررسانا خواهند شد.
(البته موادی مانند نقره نیز هستند كه مقاومت ویژه شان حتی در دمای صفر درجه كلوین نیز صفر نمی شود).هرچند در این دما میتوان بسیاری از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن برای رسیدن به چنین دمایی مجبورند از هلیم مایع ویا هیدرژن استفاده كنند كه بسیار گرانند .
امروزه ابر رسانایی را در موادی ایجاد می كنند كه دمای بحرانیشان زیادتر از ۷۷ درجه كلوین است كه برای رسیدن به چنین دمایی از ازت مایع استفاده می كنند كه نقطه جوشش ۷۷ درجه كلوین است.
● تاریخجه ابررسانایی
ابررسانایی برای اولین باردر سال ۱۹۱۱ توسط هایك كامرلینگ اونس(۱۹۲۶-۱۸۵۳)مطرح گردید. وی دمای یك میله منجمد جیوه ای را تا دمای نقطه جوش هلیم مایع(۴.۲ درجه كلوین )پایین اوردد و مشاهده نمود كه مقاومت ان ناگهان به صفر رسید. سپس یك حلقه سربی را در دمای ۷ درجه كلوین ابررسانا نمود و قوانین فارادی را بر روی ان ازمایش كردومشاهده نمود وقتی با تغییر شار در حلفه جریان القایی تولید شود.
حلقه سربی برعكس رسانا های دیگر رفتارمی نمایدیعنی پس از قطع میدان تا مادامیكه در حالت ابر رسانایی قرار داردجریان اكتریكی را حفظ می كند. به عبارتی اگریك سیم ابررسانا داشته باشیم پس از بوجود امدن جریان الكتریكی دران بدون مولد الكتریكی ( مثل باطری یا برق شهر )نیز می تواند حامل جریان باشد.
اگر در همین حالت میدان مغناطیس قوی در مجاورت سیم ابررسانا قرار دهیم ویا دمای سیم را با لاتر از دمای بحرانی ببریم جریان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراین حالتها سیم را از حالت ابررسانایی خارج كرده ایم .
اقای اونس با همین كشف جایزه نوبل فیزیك در سال ۱۹۱۳ را از ان خود نمود.سپس در سال ۱۹۳۳ Meissner وOschsenfeld نشان دادند كه وقتی ماده مورد ازمایش قبل از ابررسانا شدن در میدان مغناطیسی باشد شار از ان عبور میكند ولی وقتی در جضور میدان به دمای بحرانی برسدو ابررسانا گردد دیگر هیچگونه شار مغناطیسی از ان عبور نمی كند تبدیل به یك دیامغناطیس كامل می شود كه شدت میدان درون ان صفر خواهد بود.
فیزیكدانان مختلف همواره سعی كرده بودند به موادی دست پیدا كنند كه اولا دردمای پایین ابرسانا شوند و ثانیا برای فرایند سرمایش بجای هلیم پر هزینه از نیتروژن مایع استفاده شود.تا بدن ترتیب بتوانند كابلهای مناسب برای حمل و انتقال برق ویا موتور الكتریكی بسازند.
ابررسانا طبق خاصیت یعنی اثر مایسنر می توانند خطوط میدان مغناطیس را به خارج پرتاب كنند دارد.و قرص مغناطیسی را شناور نگه دارندو بدن ترتیب یك موتور چرخان ساخته میشود.
بلاخره در سال ۱۹۸۶ دو فیزیكدان سویسی به نامهای George bednorz-Alex Muller از آزمایشگاه زوریخ توانستند ابرسانایی ازجنس سرامیك اكسید مس در دمای بالا ۶۰ درجه كلوین بسازند كه برای فرایند سرمایش از نیتروژن مایع استفاده میشد كه بسیار كم هزینه بود. بدین ترتیب دو گام مهم برای ساخت كابلهای ابررسانایی برداشته شد و لی سرامیك اكسید مس برای ساخت كابل شكننده بود بنابراین تلاشهای دیگری آغاز شد.كه تا به امروز هم ادامه دارد دانشجویان و دانشمندان ایرانی هم در این عرصه بسیار فعال هستند.
● كاربردهای مختلف ابررساناها
از ابررسانایی میتوان در ساخت آهن رباهای ویژه طییف سنجهای رزونانس مغناطیسی هسته و عكسبرداری تشدید مغناطیسی هسته و تشخیص طبی استفاده نمود و همچنین چون با حجم كم جریانهای بسیار بالا را حمل می كنند می توان از آنها در ساخت موتورهای الكتریكی (ژنراتورها- كابلها) استفاده نمود كه حجمشان ۴ تا ۶ برابر كوچكتر از موتورهای فضاپیمای امروزی هستند.
میتوان از آهن رباهای ابررسانا در ساختمان ژیروسكوپ برای هدایت فضا پیما استفاده نمود.
می توان از نیم رسانا ها در ساخت قطارهای شناور استفاده نمودمانند قطار سریع السیر ژاپنی ها كه در سال ۲۰۰۰ میلادی ساخته شد وبا با سرعت ۵۸۱ km/h حركت می كرد در این بجای قطار بجای استفاده از چرخ از میدان مغناطیسی استفاده شده است.
منبع : سازمان آموزش و پرورش استان خراسان