الموصلات الفائقة هي مواد قادرة على أن تؤدي إلى كهرباء، دون تقديم أي نوع من أنواع مقاومة، بمجرد وصولهم إلى درجة الحرارة منخفضة جدًا ، تُعرف باسم درجة الحرارة الحرجة. أيضا ، اصنع خطوط حقل مغناطيسي غير قادر على اختراقه ، لذلك يمكن استخدام الموصلات الفائقة لتعزيز الرفع المغناطيسي.
نرى أيضا: الموصلات والعوازل - فهم الاختلافات وخصائص كل منها
كيف تعمل الموصلات الفائقة
لا يمكن تفسير ظاهرة الموصلية الفائقة إلا من خلال فيزياء الكم. تتميز هذه الظاهرة بـ تأثير مايسنرمما يجعل خطوط المجال المغناطيسي غير قادرة على اختراق المواد الموصلات الفائقة ، إذا تم تبريد هذه المواد إلى درجات حرارة أقل من درجات حرارة حرجة.
أنت أول موصلات فائقة التي ظهرت بحاجة إلى تبريدها درجات حرارة منخفضة للغاية. ومع ذلك ، فقد سمح البحث في المواد الجديدة بالتطوير والقدرة على إظهار الموصلية الفائقة في درجات حرارة أعلى. حديثا، فقد أظهرت الدراسات أن بعض المواد يمكن أن تصبح فائقة التوصيل درجات الحرارة قريبة جدًا من درجة الحرارة المحيطة، ومع ذلك ، لكي يحدث هذا ، يجب أن يخضعوا ضغوطكثيرطويل.
ما هي العلاقة بين الموصلية الفائقة ودرجة الحرارة؟ على الرغم من أن الإجابة ليست بسيطة مثل السؤال ، فلنحاول فهمها: المعادن بشكل عام
حسنالموصلات الكهرباء ، مثل النحاس والفضة والذهب. هذه القدرة مرتبطة بك قياس ل المقاومة النوعية، ما هو الى ابعد حدقليل.المقاومة المنخفضة للمعادن ، بدورها ، مرتبطة بالكبير كمية الإلكترونات مجانا، مع ال عدم وجود شوائب (في هذا السياق ، الشوائب هي ذرات من عناصر أخرى داخل الموصل) ومع ترتيب التركيب البلوري، هذا هو الطريق ذرات يتم وضعهم فيما يتعلق ببعضهم البعض.
إذا المعادن المسخنة ليست جيدة في توصيل التيار الكهربائي.بحكم زيادةيعطياهتزاز من ذراتهم - يؤدي تذبذب هذه الذرات إلى مزيد من الاصطدامات مع الإلكترونات في التيار الكهربائي، مما يجعل القيادة صعبة. ومع ذلك ، إذا تم تبريد المعادن ، فإنها تعمل بسهولة أكبر من درجة حرارة الغرفة ، و إذا قمنا باستقراء هذا التبريد ، فإننا سنصل إلى نقطة حيث لن تكون هناك مقاومة لمرور كهرباء.
تم التحقيق في المنطق المتعلق بتبريد المعادن وزيادة الموصلية من قبل الفيزيائي الهولندي هايككامرلينجأونز (1853-1926) ، عن طريق تبريد عينة من مالزئبق عند درجة حرارة -269 درجة مئوية. في ذلك الوقت ، أدرك Onnes أن ملف المقاومة النوعيةمن مالزئبق فجأةأصبحباطل عندما وصلت إلى درجة الحرارة تلك.
بعد حوالي 20 عامًا ، بدأ علماء الفيزياء الألمان كارلميسنر و روبرتOchsenfeld وجدت أن الموصلات الفائقة تقطع مرور خطوط المجال المغناطيسي داخلها.
وجدوا في تجاربهم أنه عندما يتعرض موصل فائق لمجال مغناطيسي خارجي ، تتعرض التيارات الكهربائية تشكلت من الخارج ، مما تسبب في ظهور مجال مغناطيسي على سطح الموصل الفائق الذي يعاكس المجال المغناطيسي. خارجي. من خلال هذه الظاهرة ، المسماة حاليًا بتأثير مايسنر ، يمكن جعل القطارات تحلق ، كما هو الحال مع ماجليف:
أنواع الموصلات الفائقة وموادها
الموصلات الفائقة هي فئة من المواد تظهر تغيرًا في الحالة يؤدي إلى انتقالها الشحنات الكهربائية بدون أي معارضة. على هذا النحو ، لا يمكن تحديد ماهية الموصلات الفائقة ، ولكن تحديد المواد المختلفة المستخدمة في صنعها. لذلك ، هناك موصلات فائقة:
مصنوعة من عناصر كيميائية نقية، مثل الزئبق ، فإن قيادة انها ال كربون;
عضوي، مثل الفوليرين والأنابيب النانوية الكربونية والجرافين ؛
سيراميك;
مصنوعة من مختلف سبائك معدنية، مثل النيوبيوم-التيتانيوم ، الجرمانيوم-النيوبيوم.
نرى أيضا: الدوائر الكهربائية - كيف تعمل ، العناصر ، التوصيلات الكهربائية ، إلخ.
التطبيقات التكنولوجية للموصلات الفائقة
يمكن أن تكون الموصلات الفائقة مفيدة في أي نوع من الدوائر الكهربائية ، من أجل جعلها أكثر كفاءة ، ومع ذلك ، بينما ليس لدينا موصل في درجة حرارة الغرفة ، فإن الاستخدامات الرئيسية حاليًا هؤلاء هم:
قطارات ماجليف - يستخدم هذا النوع من القطارات تأثير مايسنر الموجود في الموصلات الفائقة للطفو ، لذا فهو يطور سرعة عالية ويصبح أكثر كفاءة من القطار التقليدي.
أجهزة الرنين المغناطيسي النووي - داخل هذه الأجهزة ، توجد ملفات مصنوعة من السبائك المعدنية التي ، عند تبريدها ، تصبح فائقة التوصيل ، وتكون قادرة على إنتاج مجالات مغناطيسية عالية الكثافة.
إنتاج الكهرباء - في محطات الطاقة الكهرومائية أو الحرارية أو النووية أو حتى طاقة الرياح ، هناك حاجة لتحويل الطاقة الميكانيكية لذلك ، في الكهرباء ، يتم استخدام مولد ، تصنع ملفاته من سبائك معدنية فائقة التوصيل عندما يكون ذلك صحيحًا نزلات البرد.
بقلم رافائيل هيلربروك
مدرس الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm
