المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 ابررسانايي (زنگ تفريح شماره‌ي 64)
ابررسانايي (زنگ تفريح شماره‌ي 64)زنگ تفريح فيزيك
معرفي و كاربردها

ابررسانايي


  چكيده
اهداف آموزشي
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي – دانش
    - «دانش امور جزوي» > «دانش اصطلاح‌ها»
    - «دانش راه‌ها و وسايل برخورد با امور جزوي» > «دانش روال‌ها و طبقه‌ها»
    - «دانش امور كلي»> «دانش اصل‌ها و تعميم‌ها» 
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي شناختي - توانايي‌ها و مهارت‌هاي ذهني
    
- «فهميدن» > «ترجمه» > «تفسير»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «كاربستن»
    - «فهميدن» > «ترجمه» > «تحليل» > «تحليل عناصر»
  اهداف آموزشي در حوزه‌ي عاطفي
    - «دريافت كردن (توجه)» > «آگاهي»
  نتايج مورد نظر 
    - تعريف ابررسانايي 
    - آشتايي با ويژگي‌هاي خاص مواد
    - كاربردها
    - آينده‌ي ابررسانايي
 محتواي آموزشي
    - ابررسانايي 
    - ويژگي‌هاي دمايي فلزات 



«ابررسانايي» پديده اي است كه در فلزات مواد سراميكي بارها ديده‌ مي‌شود. وقتي اين مواد سرد مي‌شوند تا گستره‌ي دمايي نزديك صفر مطلق (459- درجه‌‌ي فارنهايت، صفر درجه‌ي كلوين و 273- سانتي‌گراد)، تا دماي نيتروژن مايع (321- فارنهايت، 77 كلوين و 196- سانتي‌گراد)، هيچ مقاومت الكتريكي وجود ندارد. دمايي كه در آن مقاومت صفر است، دماي بحراني (Tc) ناميده مي‌شود و در فلزات مختلف فرق مي‌كند. براي اهداف تجربي دماهاي بحراني در مواد سرد مثل هليم مايع و نيتروژن مايع بدست مي‌آيد. جدول دماي بحراني ابررساناهاي متعدد زير نشان مي‌دهد.


ماده

نوع

Tc(K)

روي

فلز

0.88

آلومينيم

فلز

1.19

Tin

فلز

3.72

نقره

فلز

4.15

YBa2Cu3O7

سراميك

90

TlBaCaCuO

سراميك

125

 


به دليل اين‌كه مواد مقاومت الكتريكي ندارند، يعني الكترون ها در آن‌ها آزادانه حركت نمي‌كنند، مي‌توانند مقدار زيادي جريان الكتريكي را براي مدت زمان طولاني بدون از دست دادن انرژي به‌صورت گرما هدايت كنند. مشخص شده كه حلقه هاي ابررسانايي سيم جريان‌هاي الكتريكي را براي سال‌ها مي‌توانند منتقل كنند. اگر خطوط انتقال را به‌توان از سراميك‌ها، و ابزار ذخيره‌ي الكتريكي ساخت، اين ويژگي براي قدرت گذردهي الكتريكي به كار برده مي‌شود.


ويژگي ديگر يك ابررسانا است كه وقتي انتقالي از يك حالت عادي به حالت‌هاي ابررسانا صورت مي‌گيرد، ميدان‌هاي مغناطيسي خارجي نمي‌توانند در آن نفوذ كنند. اين اثر را «اثر ميسنر» (Meissner effect) مي‌ناميم و دلالت براين دارد كه براي ساختن قطارهاي مغناطيسي سرعت بالا مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند. و باز هم دلالت براين دارد كه مي‌توان آهنرباهاي ابررساناي كوچك و قدرتمند براي «تصوير برداري تشديد مغناطيسي» (MRI) ساخت.


ولي اين الكترون‌ها تا چه حد مي‌توانند بدون تشديد در ابررسانا حركت كنند؟ نگاهي دقيق‌تر به اين موضوع مي‌اندازيم.

ساختار اتمي بيش‌تر مواد شبكه‌اي است. مانند پنجره با سطح مقطع عمود بر سيم‌هايي كه هر كدام يك اتم هستند. در فلزات پيوندها سست‌تر از بقيه‌ي مواد جامد است، بنابراين اين ذرات آزادانه در شبكه حركت مي‌كنند. به همين دليل است كه فلزات گرما و الكتريسيته را خوب منتقل مي كنند. وقتي الكترون‌ها از فلز نوعي در حالت عادي عبور مي‌كنند،‌ با اتم‌ها برخورد مي‌كنند و به صورت گرمايي انرژي از دست مي‌دهند. در يك ابررسانا الكترون‌ها به‌صورت جفت حركت مي‌كنند و بين اتم‌ها با انرژي كم‌تري به اين حركت ادامه مي‌دهند.

وقتي الكترون‌ها با بار منفي خود ار فضاي بين رديف‌هايي از بار مثبت حركت مي‌كنند (مانند سيم‌ها در توري پنجره،‌ به درون اتم‌ها كشيده مي‌شوند. اين اعوجاج الكترون ‌دوم را جذب مي‌كند تا جلوي آن حركت كند. اين الكترون دوم با مقاومت كم‌تري روبرو است. اين حالت درست مانند مسافري است كه با ماشين دنبال يك كاميون در حركت است، و در نتيجه با مقاومت هواي كم‌تري روبرو خواهد شد. دو الكترون جاذبه‌ي ضعيفي را شكل‌ مي‌دهند و با هم حركت كرده و مقاومت كم‌تري بر آن‌ها به عنوان يك سيستم متشكل فيزيكي وارد مي‌شود. در يك ابررسانا جفت الكترون‌ها به طور مشابه شكل مي‌گيرند، پيوندشان شكسته مي‌شوند و دوباره شكل مي‌گيرند. ولي اثر كلي روي اين جفت به اين شكل است كه الكترون‌ها با مقاومت كم‌تري روبرو خواهند شد. دماي پايين اين امر را براي جفت الكترون راحت‌تر فراهم مي‌آورد.

يكي ديگر از ويژگي‌هاي ابررسانا اين‌است كه وقتي دو الكترون با يك لايه‌ي نازك و مجزا به‌هم مي‌پيوندند، براي جفت الكترون‌ها گذر از يك ابررسانا تا ابررساناي ديگر بدون مقاومت ساده تر خواهد شد(اثر جوزفسون). اين اثر دلايلي براي فراهم كردن الكترون‌هاي فوق سريع دارد كه مي‌تواند در ساخت رايانه‌هاي سرعت بالا و كوچك مورد استفاده قرار گيرد.

آينده‌ي پژوهش در زمينه‌ي ابررسانايي، يافتن موادي است كه مي‌توان ساخت ابررساناها را در دماي اتاق فراهم آورند. اگر اين اتفاق بيفتد، دنياي الكترونيك، برق و انتقال داده‌ها دچار انقلابي خواهد شد.

1386/12/16لينک مستقيم

فرستنده :
ناشناس HyperLink HyperLink 1388/2/21
مـتـن : عالی

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1240
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1240