Süper İletken Malzemelere Örnek

Kimya / by admin / July 04, 2021

protection click fraud

Bir süper iletken malzeme, belirli koşullar altında direnç veya enerji kaybı göstermeden elektrik enerjisini iletme yeteneğini gösteren bir malzemedir. Bu kaliteye Süperiletkenlik denir ve 1911 yılında Heike Kamerlingh Onnes tarafından keşfedilmiştir..

Şu sonuca varılmıştır: sıcaklık azaldıkça, metalik iletken bir malzemenin elektrik direnci giderek zayıflar.; Ancak genellikle kullanılan Bakır Cu ve Silver Ag gibi iletkenlerde, safsızlıklar gibi kusurlar maddede bir tavan değeri oluşturur. Bakır durumunda, mutlak sıfıra yakın olsa bile, sıfır olmayan bir direnç gösterilir.

Malzeme kritik sıcaklığının altına düştüğünde bir süper iletkenin direnci keskin bir şekilde sıfıra düşer. Süper iletken bir telde akan bir elektrik akımı, bir güç kaynağı olmadan süresiz olarak devam edebilir. Ferromanyetizma ve atomik spektral çizgiler gibi, süperiletkenlik de kuantum mekaniğinin bir olgusudur.

Süperiletkenlerin Manyetik Karakteri

Süperiletkenlerin en göze çarpan özelliği direnç olmaması olsa da sonsuz iletkenliğe sahip bir malzeme olduğu söylenemez. Aslında, bir tip I süper iletken malzeme mükemmel bir şekilde diyamanyetiktir.

instagram story viewer

. Diamanyetizma, manyetik alanları uzaklaştırmasına izin veren bir malzemenin kalitesidir. Manyetik alanların çekiciliğine tepki vermekten oluşan Paramanyetizmanın aksine. Bu, Meissner etkisi olarak bilinen alanın nüfuz etmesine izin vermediği anlamına gelir.

Manyetik alanlar iki tür süperiletkeni ayırt eder: harici bir manyetik alanın nüfuz etmesine izin vermeyen tip I. (bu, yüksek bir enerji çabası gerektirir ve kritik sıcaklık aşılırsa süperiletken durumun ani kopması anlamına gelir)) ve kusurlu süper iletkenler olan tip II, anlamda olduğu alan, Abrikosov girdapları veya fluxons adı verilen küçük kanallardan etkili bir şekilde nüfuz eder.. Bu iki tip süperiletken aslında Lev Davidovich Landau ve Aleksey Alekséyecih Abrikosov tarafından tahmin edilen iki farklı fazdır.

Tip II süperiletkene zayıf bir harici manyetik alan uygulandığında, onu mükemmel bir şekilde iter. Arttırılırsa, sistem kararsız hale gelir ve enerjisini azaltmak için girdaplar oluşturmaya başlar.. Bu girdapların sayısı artmakta ve kendilerini uygun teknikler kullanılarak gözlemlenebilen girdap ağlarına yerleştirmektedir. Alan yeterince büyük olduğunda, kusur sayısı o kadar fazladır ki, malzeme artık bir süper iletken değildir. Bu, bir malzemenin süper iletken olmasını engelleyen kritik alandır ve sıcaklığa bağlıdır.

Süperiletkenlerin Elektriksel Karakteri

Süper diamanyetizmanın ortaya çıkışı, malzemenin süper akımlar yaratma yeteneğinden kaynaklanmaktadır. Süper akımlar, ısı oluşumu nedeniyle enerji kaybının Joule Etkisine uymadan sonsuza kadar korunabilmeleri için hiçbir enerjisinin dağılmadığı elektron akımlarıdır. Akımlar, Meissner etkisini sürdürmek için gerekli olan güçlü manyetik alanı yaratır. Aynı akımlar, bu tür malzemelerin en göze çarpan etkisini temsil eden enerji harcaması olmadan enerjinin iletilmesine izin verir.

Süperiletken elektronların sayısı sonlu olduğundan, malzemenin taşıyabileceği akım miktarı sınırlıdır. Bu nedenle, malzemenin süper iletken olmayı bıraktığı ve enerjiyi dağıtmaya başladığı kritik bir akım vardır.

Tip II süperiletkenlerde, fluzonların görünümü, daha düşük akımlar için bile buna neden olur. Kritik olarak, girdapların kafes atomları ile çarpışması nedeniyle bir enerji kaybı tespit edilir.

Yüksek Sıcaklık Süperiletkenleri

Süperiletkenlik elde etmek için gereken düşük sıcaklıklar nedeniyle, en yaygın malzemeler şunlardır: Genellikle sıvı helyum ile soğutulurlar (sıvı nitrojen yalnızca yüksek hızlı süper iletkenleri kullanırken kullanışlıdır). sıcaklık). Gerekli montaj karmaşık ve pahalıdır, nükleer manyetik rezonans (NMR) için güçlü elektromıknatısların yapımı gibi birkaç uygulamada kullanılır.

80'lerde keşfedildiler sıvı nitrojenin sıvı-buhar geçişinin üzerindeki sıcaklıklarda faz geçişi sergileyen yüksek sıcaklıklı süper iletkenler. Bu, bu tür malzemelerin araştırılmasındaki maliyetleri azaltmış ve malzemelerin varlığının kapısını açmıştır. oda sıcaklığında süper iletkenler, bu da çağdaş dünya endüstrisinde bir devrim anlamına gelir.

Yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin en büyük dezavantajı, plastik deformasyon yoluyla kablo yapmaya uygun olmamalarını sağlayan seramik bileşimleridir. Ancak, IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) gibi bantların üretimi için yeni teknikler geliştirilmiştir. Bu teknik sayesinde 1 kilometreden uzun kablolar elde edilmiştir.

Süperiletkenlerin Uygulama Örnekleri

Bir süper iletken, normal iletkenlerden çok farklı davranır. Direnci sıfıra yakın olan bir iletken değil, direnci tam olarak sıfıra eşit. Bu, Drude modeli gibi yaygın sürücüler için kullanılan geleneksel modellerle açıklanamaz.

Süper iletken mıknatıslar, bilinen en güçlü elektromıknatıslardan bazılarıdır. Maglev (manyetik kaldırma) trenlerinde, hastanelerdeki nükleer manyetik rezonans (NMR) makinelerinde ve bir parçacık hızlandırıcının ışınını hedeflemede kullanılırlar. Pigment endüstrilerinde olduğu gibi, zayıf manyetik parçacıkların daha az veya manyetik olmayan parçacıkların bir arka planından çekildiği manyetik ayırma için de kullanılabilirler.

Süper iletkenler ayrıca cep telefonu baz istasyonları için dijital devreler ve radyo frekansı ve mikrodalga filtreleri yapmak için kullanılmıştır.

Süperiletkenler, yapı taşları olan Josephson bağlantılarını inşa etmek için kullanılır. SQUID'ler (Süper İletken Kuantum Girişim Cihazları), en yaygın olarak bilinen manyetometreler hassas.

Çalışma moduna bağlı olarak, bir Josephson bağlantısı foton dedektörü veya karıştırıcı olarak kullanılabilir. Normal durumdan süperiletken duruma geçişe karşı dirençteki büyük değişiklik, kriyojenik foton dedektörlerinde termometreler oluşturmak için kullanılır.

Yenilikçi ve ileriye dönük uygulamalar arasında yüksek performanslı transformatörler, enerji depolama, elektrik güç iletimi, elektrik motorları ve havaya yükselme cihazları manyetik.

Bununla birlikte, süperiletkenlik hareketli manyetik alanlara duyarlıdır, bu nedenle uygulamalar transformatörler gibi alternatif akım kullanmak, akımla beslenenlerden daha zor olacaktır. devam et.