ابر رسانا ها

اگر دمای فلزات مختلف را تا دمای معینی(دمای بحرانی) پایین اوریم پدیده شگرفی در انها اتفاق می افتد که طی ان به ناگهان مقاومتشان را در برابر عبور جریان برق تا حد صفر از دست خواهند داد و تبدیل به ابر رسانا خواهند شد.

البته موادی مانند نقره نیز هستند که مقاومت ویژه شان حتی در دمای صفر درجه کلوین نیز صفر نمی شود.هرچند در این دما میتوان بسیاری از مواد را ابر رسانا نمود محققان برای رسیدن به چنین دمایی مجبورند از هلیم مایع و یا هیدروژن استفاده کنند که بسیار گرانند .

امروزه ابر رسانایی را در موادی ایجاد می کنند که دمای بحرانیشان زیادتر از ۷۷ درجه کلوین است که برای رسیدن به چنین دمایی از ازت مایع استفاده می کنند که نقطه جوشش ۷۷ درجه کلوین است.

تاریخجه ابر رسانایی

ابر رسانا برای اولین بار در سال ۱۹۱۱ توسط هایک کامرلینگ اونس(۱۹۲۶-۱۸۵۳)مطرح گردید. وی دمای یک میله منجمد جیوه ای را تا دمای نقطه جوش هلیم مایع(۴.۲ درجه کلوین )پایین اورد و مشاهده نمود که مقاومت ان ناگهان به صفر رسید.

سپس یک حلقه سربی را در دمای ۷ درجه کلوین ابر رسانا نمود و قوانین فارادی را بر روی ان ازمایش کرد و مشاهده نمود وقتی با تغییر شار در حلفه جریان القایی تولید شود حلقه سربی برعکس رسانا های دیگر رفتار می نماید ،یعنی پس از قطع میدان تا مادامیکه در حالت ابر رسانایی قرار دارد جریان اکتریکی را حفظ می کند.

به عبارتی اگر یک سیم ابر رسانا داشته باشیم پس از بوجود امدن جریان الکتریکی در ان بدون مولد الکتریکی(مثل باطری یا برق شهر)نیز می تواند حامل جریان باشد.

اگر در همین حالت میدان مغناطیس قوی در مجاورت سیم ابر رسانا قرار دهیم و یا دمای سیم را بالاتر از دمای بحرانی ببریم ،جریان در ان بسرعت صفر خواهد شد. چون در این حالتها سیم را از حالت ابر رسانایی خارج کرده ایم . اقای اونس با همین کشف جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۱۳ را از ان خود نمود.

مقدمه ای بر اثرمایسنر

در سال ۱۹۳۳ Meissner وOschsenfeld مطابق شکل نشان دادند که وقتی ماده مورد ازمایش قبل از ابر رسانا شدن در میدان مغناطیسی باشد شار از ان عبور میکند ولی وقتی در حضور میدان به دمای بحرانی برسد و ابر رسانا گردد دیگر هیچگونه شار مغناطیسی از ان عبور نمی کند تبدیل به یک دیا مغناطیس کامل می شود که شدت میدان درون ان صفر خواهد بود.

فیزیکدانان مختلف همواره سعی کرده بودند به موادی دست پیدا کنند که اولا در دمای پایین ابر رسانا شوند و ثانیا برای فرایند سرمایش بجای هلیم پر هزینه از نیتروژن مایع استفاده شود تا بدین ترتیب بتوانند کابلهای مناسب برای حمل و انتقال برق و یا موتور الکتریکی بسازند.

اثر مایسنر چیست؟

شکل زیر را در نظر بگیرید

در این شکل یک مغناطیس استوانه ای روی یک قطعه ابر رسانا که توسط نیتروژن خنک شده شناور است زیرا ابر رسانا طبق این خاصیت ،  یعنی اثر مایسنر – می توانند خطوط میدان مغناطیس را به خارج پرتاب کنند دارد و همانطور که میبینم قرص مغناطیسی را شناور نگه دارند و بدین ترتیب یک موتور چرخان ساخته میشود.

ساخت کابل های ابر رسانایی

بلاخره در سال ۱۹۸۶ دو فیزیکدان سویسی به نامهای George bednorz-Alex Muller از آزمایشگاه زوریخ توانستند ابر رسانایی از جنس سرامیک اکسید مس در دمای بالا ۶۰ درجه کلوین بسازند که برای فرایند سرمایش از نیتروژن مایع استفاده میشد که بسیار کم هزینه بود.

بدین ترتیب دو گام مهم برای ساخت کابلهای ابر رسانایی برداشته شد ولی سرامیک اکسید مس برای ساخت کابل شکننده بود بنابراین تلاشهای دیگری آغاز شد که تا به امروز هم ادامه دارد. دانشجویان و دانشمندان ایرانی هم در این عرصه بسیار فعال هستند.

طبق گزارش ایرنا سعید سلطانیان به همراه یک گروه علمی در دانشگاه ولو نگوگ ایالت نیو ساوت ولز استرالیا به سرپرستی <<پروفسور  دو>> ابر رسانایی ساختند که بالاترین رکورد را در میان ابر رسانا دارد. این ابر رسانا به شکل سیم یا نواری از جنس دی برید منیزیم با پوششی از آهن است که شکل میکروسکوپی آن در پایین نشان داده شده است.

کاربردهای مختلف ابر رساناها

از ابر رسانا میتوان در ساخت آهن رباهای ویژه طیف سنجهای رزونانس مغناطیسی هسته و عکسبرداری تشدید مغناطیسی هسته و تشخیص طبی استفاده نمود و همچنین چون با حجم کم جریانهای بسیار بالا را حمل می کنند می توان از آنها در ساخت موتورهای الکتریکی (ژنراتورها- کابلها) استفاده نمود که حجمشان ۴ تا ۶ برابر کوچکتر از موتورهای فضاپیمای امروزی هستند.

میتوان از آهن رباهای ابر رسانا در ساختمان ژیروسکوپ برای هدایت فضا پیما استفاده نمود.

می توان از نیم رسانا ها در ساخت قطارهای شناور استفاده نمودمانند قطار سریع السیر ژاپنی ها که در سال ۲۰۰۰ میلادی ساخته شد وبا با سرعت ۵۸۱ km/h حرکت می کرد در این قطار بجای استفاده از چرخ از میدان مغناطیسی استفاده شده است.

 

****    ****   ****

تیم تولید محتوای سایت توت مدیا امیدوار است این مقاله مورد استفاده شما قرار گرفته باشد.

جهت دسترسی به سایر مقالات درسی کلیک نمائید