ابر رساناها
ابر رساناها
مقدمه
اگردماي فلزات مختلف را تا دماي معيني(دماي بحراني) پايين اوريم پديده شگرفي در انها اتفاق مي افتد که 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 که مقاومت ويژه شان حتي در دماي صفر درجه کلوين 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 کنند که بسيار گرانند .
امروزه ابر رسانايي را در موادي ايجاد مي کنند که دماي بحرانيشان زيادتر از ۷۷درجه کلوين است که براي رسيدن به چنين دمايي از ازت مايع استفاده مي کنند که نقطه جوشش۷۷ درجه کلوين است.
تاريخجه ابررسانايي:
ابررسانايي براي اولين باردر سال ۱۹۱۱توسط هايک کامرلينگ اونس(۱۸۵۳-۱۹۲۶)مطرح گرديد.وي دماي يک ميله منجمد جيوه اي را تا دماي نقطه جوش هليم مايع(۴.۲ درجه کلوين )پايين آوردد و مشاهده نمود که مقاومت آن ناگهان به صفر رسيد.سپس يک حلقه سربي را در دماي ۷درجه کلوين ابررسانا نمود و قوانين فارادي را بر روي آن ازمايش کردومشاهده نمود وقتي با تغيير شار در حلفه جريان القايي توليد شودحلقه سربي برعکس رسانا هاي ديگر رفتارمي نمايديعني پس از قطع ميدان تا ماداميکه در حالت ابر رسانايي قرار داردجريان اکتريکي را حفظ مي کند .به عبارتي اگريک سيم ابررسانا داشته باشيم پس از بوجود امدن جريان الکتريکي دران بدون مولد الکتريکي ( مثل باطري يا برق شهر )نيز ميتواند حامل جريان باشد. اگردر همين حالت ميدان مغناطيس قوي در مجاورت سيم ابررسانا قرار دهيم ويا دماي سيم را با لاتر از دماي بحراني ببريم جريان در آن بسرعت صفر خواهد شد چون دراين حالتها سيم را از حالت ابررسانايي خارج کردهايم .
اقاي اونس با همين کشف جايزه نوبل فيزيک در سال ۱۹۱۳ را از ان خود نمود.در عکس زيراونس و همسرش نشسته و دوستان دانشمند مانند البرت انيشتين در پشت سر وي قرار دارند
اثرمايسنر:سپس در سال ۱۹۳۳ Meissner وOschsenfeld مطابق شکل نشان دادند که وقتي ماده مورد ازمايش قبل از ابررسانا شدن در ميدان مغناطيسي باشد شار از ان عبور ميکند ولي وقتي در جضور ميدان به دماي بحراني برسدو ابررسانا گردد ديگر هيچگونه شار مغناطيسي از ان عبور نمي کند تبديل به يک ديامغناطيس کامل مي شود که شدت ميدان درون ان صفر خواهد بود
فيزيکدانان مختلف همواره سعي کرده بودند به موادي دست پيدا کنند که اولا دردماي پايين ابرسانا شوند و ثانيا براي فرايند سرمايش بجاي هليم پر هزينه از نيتروژن مايع استفاده شود.تا بدن ترتيب بتوانند کابلهاي مناسب براي حمل و انتقال برق ويا موتور الکتريکي بسازند.
در اين شکل يک مغناطيس استوانه اي روي يک قطعه ابررسانا که توسط نيتروژن خنک شده شناور است زيرا ابررسانا طبق خاصيت يعني اثر مايسنر مي توانند خطوط ميدان مغناطيس را به خارج پرتاب کنند دارد.و همانطور که ميبينم قرص مغناطيسي را شناور نگه دارندو بدن ترتيب يک موتور چرخان ساخته ميشود.
بلاخره در سال ۱۹۸۶ دو فيزيکدان سويسي به نامهايGeorge bednorz-Alex Muller از آزمايشگاه زوريخ توانستند ابرسانايي ازجنس سراميک اکسيد مس در دماي بالا ۶۰درجه کلوين بسازند که براي فرايند سرمايش از نيتروژن مايع استفاده ميشد که بسيار کم هزينه بود. بدين ترتيب دو گام مهم براي ساخت کابلهاي ابررسانايي برداشته شد ولي سراميک اکسيد مس براي ساخت کابل شکننده بود بنابراين تلاشهاي ديگري آغاز شد.که تا به امروز هم ادامه دارد دانشجويان و دانشمندان ايراني هم در اين عرصه بسيار فعال هستند.
طبق گزارش ايرنا سعيد سلطانيان به همراه يک گروه علمي در دانشگاه ولو نگوگ ايالت نيو ساوت ولز استراليا به سرپرستي پروفسور دو ابررسانايي ساختند که بالاترين رکورد را در ميان ابررسانا دارد اين ابررسانا به شکل سيم يا نوار ي از جنس دي بريد منيزيم با پوششي از آهن است که شکل ميکروسکوپي آن در پايين نشان داده شده است.
کاربردهاي مختلف ابررساناها:
از ابررسانايي ميتوان در ساخت آهن رباهاي ويژه طييف سنجهاي رزونانس مغناطيسي هسته و عکسبرداري تشديد مغناطيسي هسته و تشخيص طبي استفاده نمود و همچنين چون با حجم کم جريانهاي بسيار بالا را حمل مي کنند مي توان از آنها در ساخت موتورهاي الکتريکي (ژنراتورها- کابلها) استفاده نمود که حجمشان ۴ تا ۶ برابر کوچکتر از موتورهاي فضاپيماي امروزي هستند .
ميتوان از آهن رباهاي ابررسانا در ساختمان ژيروسکوپ براي هدايت فضا پيما استفاده نمود.
مي توان از نيم رسانا ها در ساخت قطارهاي شناور استفاده نمودمانند قطار سريع السير ژاپني ها که در سال ۲۰۰۰ ميلادي ساخته شد وبا با سرعت ۵۸۱ km/h حرکت مي کرد در اين بجاي قطار بجاي استفاده از چرخ از ميدان مغناطيسي استفاده شده است.