ابررسانا ها

[ghasem motamedi]

بهتر است ابتدا تعریفی از یک ماده ابررسانا ارائه دهم:

به هر رسانای الکتریکی که مقاومت الکتریکی آن صفر باشد، (یعنی جریان بدون اتلاف از رسانا عبور کند) ابررسانا اطلاق می گردد.
در دماهای معمولی و به خودی خود ماده ای با همچین شرایطی وجود ندارد و حتی بهترین رسانا ها درصدی از جریان ورودی را تلف می کنند که در نتیجه مقاومت درون رساناست که به صورت گرما نمایان می شود.

ولی...
یکی از بزرگترین تحولات وقتی اتفاق افتاد که اولین ماده که فلز مایع یعنی جیوه بود با کاهش دمای جیوه به دمای نیترژن مایع( 77- )(مطمئن نیستم ) به خاصیت ابررسانایی خود رسید.

علت
بزارید ساده بیان کنم:
همان طوری که همه می دونند موادی رسانا هستند که الکترون یا یون آزاد داشته باشند. این الکترون ها و یا بارهای مثبت و منفی، در حضور یک میدان الکتریکی اعمالی حرکت کرده و سبب ایجاد جریان الکتریکی و شارش بار می شوند. ولی در مسیر این حرکت الکترون ها یا یون ها، اتم های ماده پراکنده شده اند و حرکت دارند. هر چه دما بیشتر باشد این تحرک اتم ها بیشتر بوده و امکان برخورد حاملان بار به آنها بیشتر و در هر برخورد نیز بخشی از انرژی از دست می رود. لذا در نهایت درصد قابل توجهی اتلاف انرژی مشهود است.

حال این سوال مطرح است که چطور جیوه ابررسانا شد؟

تا آنجایی که من در خاطرم هست این اثر بصورت اتفاقی در ضمن یک آزمایش دیگر مشاهده شد و آزمایش برای کشف این اثر طراحی نشده بود. شرایط آزمایش دماهای فوق العاده پایین را طلب می کرد که همین جا بود که آقای ( اسمش در خاطرم نیست) متوجه شدند که جریان عبوری از جیوه بدون اتلاف انرژی است.
حال با توجه به مطلبی که در بالا بیان شد واضح است که علت چیست... بله، دمای پایین و رسیدن جیوه به دمای بحرانی انتقال به ابررسانایی اش به صورت اتفاقی اولین جرقه ساخت ابررساناها را محقق کرد.
لازم می دونم این نکته را هم بیان کنم که فقط کاهش دما کافی نیست چرا که فقط در زیر یک دمای خاص( که برای هر ماده ای مشخص و با سایر مواد متفاوت است) این خاصیت در ماده ایجاد می گردد. با کاهش دما مقاومت کاهش و کاهش می یابد و سرانجام در یک دما به صفر می رسد.

در ادامه این خاصیت را به طور علمی و با بیان ویژگی های مواد ابررسانا و کاربردهای آنها بیان خواهم کرد.

مطالبی که تا کنون خواندید، بیان پدیده مذکور به زبان بنده و با توجه به اطلاعات شخصی و صرفا برای آشنایی مقدماتی علاقمندان به این مبحث بیان شده است. امیدوارم روزنه ای در حد اپسیلن در ذهن آنانی که برای اولین بار با این مطلب روبرو می شوند ایجاد کرده باشم.



ابررسانایی و مغناطیس:

بر طبق یکی از قوانین بنیادی الکترومغناطیس ماکسول، یک هادی مطلق(فوق هادی) اجازه نخواهد داد هیچ تغییری در میدان مغناطیسی داخلیش صورت پذیرد.
(در مواد غیر ابررسانا میدان مغناطیسی بدون ذره ای انحراف از ماده عبور می کند ولی در یک ابررسانا خطوط میدان مغناطیسی به هیچ وجه در آن وارد نمی شود و اگر در مسیر میدان مغناطیسی وارد شود میدان مسیر خود را تغییر داده و ماده ابررسانا را دور می زند. به عبارت دیگر خطوط میدان وارد ابررسانا نشده و میدان مغناطیسی داخل ابررسانا بدون تغییر باقی می ماند)
یعنی اگر آهنربایی نزدیک یک فوق هادی بیاوریم، خطوط نیرو وارد آن نخواهد شد، زیرا اگر وارد فوق هادی می شدند، میدان مغناطیسی مانند قبل نبود و تغییر می کرد.
فوق هادیها میدان مغناطیسی را که به آنها اعمال شده را باز می گردانند. در نتیجه آهنربا را دفع می کنند و ضد مغناطیس ( دیا مغناطیس ) هستند.
حتی اگر بخواهیم ماده ای را در حضور میدان مغناطیسی آنچنان سرد کنیم که ابررسانا شود، وقتی آن ماده ابررسانا شد، میدان مغناطیسی که در ابتدا در آن بوده را بیرون می راند. لذا می توان گفت که فوق هادی صرفا یک هادی مطلق نیست، بلکه یک ضد مغناطیس مطلق نیز هست، یعنی همواره میدان های مغناطیسی را دفع می کند.

یک مغناطیس قرار داده شده بر روی سطح ابررسانا، شناور ( معلق ) می گردد. یعنی آن در وسط هوا معلق می شود.
میدان مغناطیسی مربوط به مغناطیس نمی تواند در ابررسانا یا مغناطیس نفوذ نماید. در عوض ، آن جریانی را در ابررسانای مقاومت صفر القا می کند که یک تصویر آیینه ای از میدان مغناطیسی مغناطیس، ایجاد می نماید.
به خاطر اینکه این دو میدان با هم جفت می گردند، معلق شدن پایدار حاصل می شود.
تا زمانی که ماده به اندازه کافی خنک بماند تا ابررسانایی وجود داشته باشد، مغناطیس معلق باقی خواهد ماند. این پاسخ مغناطیسی فوق هادی ها به اثر میزنر(Meissner Effect) شهرت داشته و در حقیقت مبنای اثر لنز نیز همین است.
اثر میزنر یک وسیله سریع و قطعی برای تعیین اینکه یک ماده یا قسمتی از یک ماده ابررسانا هست یا خیر، می باشد.

این دو اثر، یعنی هدایت مطلق و ضد آهنربایی از مشخصات بارز ابررسانایی هستند.