ابررساناها

[.sOuDeH. 16,059]

ابررسانا ها :

برخي از فلزها ، آلياژها يا تركيبهاي فلزها هستند كه در دماهاي پايين نزديك به صفر مطلق ،مقاوت الكتريكي و نفوذپذيري مغناطيسي خود را از دست ميدهند و رسانايي الكتريكي آنها بينهايت زياد ميشود ، محدوده دمايي به ماهيت ماده بستگي دارده ، كه از حدود 0.5 تا 18 درجه كلوين است ، خاصيت ابر رسانايي در فلزات قليايي، فلزهاي نجيب و مواد فرو مغناطيس مشاهد نشده است ، بلكه به طور عمده در عنصرهايي كه اتم آنها 3، 5 يا 7 الكترون در لايه ظرفيت خود دارد و مقاومت الكتريكي آنها در دماي معمولي زياد است ب

پديده ابر رسانايي از همان آغاز كشف ، توجه دانشمندان را بخود جلب كرده بود ، اونز اولين كسي بود كه هليم را مايع كرد و نخستين بار خواص ابر رسانايي مواد را در چنين دماهاي پاييني اندازه گرفت و معلوم داشت كه مقاومت الكتريكي جيوه در دماي 4.2 درجه كلوين به شدت محو ميشود ، در طول 75 سال اخير ، فلزات و آلياژهاي ديگر هم به فهرست ابررسانا ها افزوده شدند . ابر رسانايي در دماهاي بالا هم امكان پذير است ، كوپرات با فرمول شيميايیYBr2 Cu3O6.9 كه در دماي 93 درجه كلوين خواص ابر رسانايي را نشان ميدهد. در سال هاي پاياني دهه 1950 سه فيزيكدان - به نام هاي دكتر جان باردين، دكتر لئون كوپر و دكتر جان شرايفر - سازوكارهاي فيزيكي را كه به ابررسانايي منجر مي شوند، درك كردند. كار آنها به افتخار اين سه دانشمند، تئوریS.C.Bنام گرفت (آنها جايزه نوبل فيزيك در سال 1972 را از آن خود كردند.)در اواخر سالهای 1980 ابر رساناها در دماهای بالا نيز کشف شد.

كاربردها :

ابر رساناهاي دماي پايين امروزه در ساخت آهنرباهاي ويژه طيف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته ، رزونانس مغناطيسي براي مقاصد تشخيص طبي ، شتاب دهنده ذره ها ، ترنهاي سريع مغناطيسي و انواع ابزارهاي رسانايي الكترونيكي بكار ميرود از ديگر كاربردهاي انها مي توان به دستگاه هاي عكس برداري تشديد مغناطيسي هسته و قطارهاي جديدي كه توسط نيروهاي مغناطيسي در هوا معلق هستند و با سرعت 400 كيلومتر بر ساعت حركت مي كنند، اشاره كرد. . اما براي اينكه ابررساناهاي دماي بالا در كاربردهاي ميدان مغناطيسي در دماي بالا رقابت كنند ، هنوز زمان لازم دارد ، اين بعلت دشواري در توليد انبوه و با كيفيت بالاست . اگر چه در حال حاضر ، بازار ابررساناهاي دماي بالا رونق كمي دارد ، گمان ميرود كه در خلال دو دهه آينده كاربر د آن فراگير و پررونق شود .

[.sOuDeH. 16,059]

ابر رسانا ها

 

اگردماي فلزات مختلف را تا دماي معيني(دماي بحراني) پايين اوريم پديده شگرفي در انها اتفاق مي افتد كه طي ان به ناگهان مقاومتشان را در برابرعبور جريان برق تا حد صفراز دست خواهند داد .وتبديل به ابررسانا خواهند شد.

 

(البته موادي مانند نقره نيز هستند كه مقاومت ويژه شان حتي در دماي صفر درجه كلوين نيز صفر نمي شود).هرچند در اين دما ميتوان بسياري از مواد را ابر رسانا نمود محققا ن براي رسيدن به چنين دمايي مجبورند از هليم مايع ويا هيدرژن استفاده كنند كه بسيار گرانند .

 

امروزه ابر رسانايي را در موادي ايجاد مي كنند كه دماي بحرانيشان زيادتر از 77 درجه كلوين است كه براي رسيدن به چنين دمايي از ازت مايع استفاده مي كنند كه نقطه جوشش 77 درجه كلوين است.

 

تاريخجه ابررسانا يي

 

ابررسانايي براي اولين باردر سال 1911 توسط هايك كامرلينگ اونس(1926-1853)مطرح گرديد. وي دماي يك ميله منجمد جيوه اي را تا دماي نقطه جوش هليم مايع(4.2 درجه كلوين )پايين اوردد و مشاهده نمود كه مقاومت ان ناگهان به صفر رسيد. سپس يك حلقه سربي را در دماي 7 درجه كلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي ان ازمايش كردومشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلفه جريان القايي توليد شود.

 

حلقه سربي برعكس رسانا هاي ديگر رفتارمي نمايديعني پس از قطع ميدان تا ماداميكه در حالت ابر رسانايي قرار داردجريان اكتريكي را حفظ مي كند. به عبارتي اگريك سيم ابررسانا داشته باشيم پس از بوجود امدن جريان الكتريكي دران بدون مولد الكتريكي ( مثل باطري يا برق شهر )نيز مي تواند حامل جريان باشد.

 

اگر در همين حالت ميدان مغناطيس قوي در مجاورت سيم ابررسانا قرار دهيم ويا دماي سيم را با لاتر از دماي بحراني ببريم جريان در ان بسرعت صفر خواهد شد چون دراين حالتها سيم را از حالت ابررسانايي خارج كرده ايم .

 

اقاي اونس با همين كشف جايزه نوبل فيزيك در سال 1913 را از ان خود نمود.در عكس بالا اونس و همسرش نشسته و دوستان دانشمند مانند البرت انيشتين در پشت سر وي قرار دارند.

 

اثرمايسنر

 

سپس در سال 1933 Meissner وOschsenfeld مطابق شكل نشان دادند كه وقتي ماده مورد ازمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد شار از ان عبور ميكند ولي وقتي در جضور ميدان به دماي بحراني برسدو ابررسانا گردد ديگر هيچگونه شار مغناطيسي از ان عبور نمي كند تبديل به يك ديامغناطيس كامل مي شود كه شدت ميدان درون ان صفر خواهد بود.

 

 

 

فيزيكدانان مختلف همواره سعي كرده بودند به موادي دست پيدا كنند كه اولا دردماي پايين ابرسانا شوند و ثانيا براي فرايند سرمايش بجاي هليم پر هزينه از نيتروژن مايع استفاده شود.تا بدن ترتيب بتوانند كابلهاي مناسب براي حمل و انتقال برق ويا موتور الكتريكي بسازند.

 

 

 

 

 

در اين شكل يك مغناطيس استوانه اي روي يك قطعه ابررسانا كه توسط نيتروژن خنك شده شناور است زيرا ابررسانا طبق خاصيت يعني اثر مايسنر مي توانند خطوط ميدان مغناطيس را به خارج پرتاب كنند دارد.و همانطور كه ميبينم قرص مغناطيسي را شناور نگه دارندو بدن ترتيب يك موتور چرخان ساخته ميشود.

 

بلاخره در سال 1986 دو فيزيكدان سويسي به نامهاي George bednorz-Alex Muller از آزمايشگاه زوريخ توانستند ابرسانايي ازجنس سراميك اكسيد مس در دماي بالا 60 درجه كلوين بسازند كه براي فرايند سرمايش از نيتروژن مايع استفاده ميشد كه بسيار كم هزينه بود. بدين ترتيب دو گام مهم براي ساخت كابلهاي ابررسانايي برداشته شد و لي سراميك اكسيد مس براي ساخت كابل شكننده بود بنابراين تلاشهاي ديگري آغاز شد.كه تا به امروز هم ادامه دارد دانشجويان و دانشمندان ايراني هم در اين عرصه بسيار فعال هستند.

 

طبق گزارش ايرنا سعيد سلطانيان به همراه يك گروه علمي در دانشگاه ولو نگوگ ايالت نيو ساوت ولز استراليا به سرپرستي پروفسور دو ابررسانايي ساختند كه بالاترين ركورد را در ميان ابررسانا دارد اين ابررسانا به شكل سيم يا نوار ي از جنس دي بريد منيزيم با پوششي از آهن است كه شكل ميكروسكوپي آن در پايين نشان داده شده است.

 

 

 

كاربردهاي مختلف ابررساناها

 

از ابررسانايي ميتوان در ساخت آهن رباهاي ويژه طييف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته و عكسبرداري تشديد مغناطيسي هسته و تشخيص طبي استفاده نمود و همچنين چون با حجم كم جريانهاي بسيار بالا را حمل مي كنند مي توان از آنها در ساخت موتورهاي الكتريكي (ژنراتورها- كابلها) استفاده نمود كه حجمشان 4 تا 6 برابر كوچكتر از موتورهاي فضاپيماي امروزي هستند.

 

ميتوان از آهن رباهاي ابررسانا در ساختمان ژيروسكوپ براي هدايت فضا پيما استفاده نمود.

 

مي توان از نيم رسانا ها در ساخت قطارهاي شناور استفاده نمودمانند قطار سريع السير ژاپني ها كه در سال 2000 ميلادي ساخته شد وبا با سرعت 581 km/h حركت مي كرد در اين بجاي قطار بجاي استفاده از چرخ از ميدان مغناطيسي استفاده شده است.