Süperiletkenlik, hayatımızın birçok faktöründe kullanılan fiziğin harika bir parçasıdır. Bilim adamları bir oda sıcaklığı ve basınç süper iletkeni keşfedebilseydi, teknolojide devrim yaratırdı. Ne yazık ki, bunun çok zor bir görev olduğu kanıtlanmıştır ve hiç mümkün olmayabilir.
Süper iletkenlik nedir?
Elektrik iletkeni, elektriği iletebilen bir malzemedir. Her malzemenin, bir elektrik akımının akışına karşı muhalefetinin bir ölçüsü olan kendi elektrik direnci vardır. Yüksek dirençli bir malzeme zayıf bir iletkendir ve bunun tersi de geçerlidir.
Süper iletkenlik, bir malzemenin sıfır elektrik direncine sahip olduğu bir fizik olgusudur. Bu durumda, bir dizi ilginç ve faydalı etki vardır. Direnci olmayan bir süper iletken, içinden bir elektrik akımının enerji kaybetmeden veya onu ısıtmadan geçirilebileceği anlamına gelir. Bu, mükemmel verimli enerji iletimi ve depolamasına izin verebilir.
Süperiletkenler ayrıca olağanüstü güçlü mıknatıslar yaratabilir, bunun örnekleri MRI makinelerinde ve parçacık hızlandırıcılarda bulunabilir. Deneyler, bu mıknatıslardaki elektrik akımlarının, mukavemette ölçülebilir herhangi bir azalma olmaksızın yıllarca sürebileceğini göstermiştir. Araştırmalar, bazı tahminlerle akımın en az 100.000 yıl boyunca sabit kalacağını gösteriyor. akımın tahmini ömründen daha uzun süre devam edebileceğini tahmin etmek Evren.
Bir mıknatısın üzerine yerleştirildiğinde, süper iletkenler, mıknatısı iten eşit bir manyetik alan oluşturur. Bu, süperiletkenlerin bir mıknatısın üstünde veya altında veya hatta bir mıknatıs izi boyunca mükemmel bir şekilde yükselmesine izin verir.
Süperiletkenlik gereksinimleri
Bir malzeme, yalnızca elektrik direncinin aniden sıfıra düştüğü belirli bir sıcaklığın altında süper iletken olmaya başlar. Ne yazık ki, bilinen tüm süper iletkenler yalnızca aşırı soğuk sıcaklıklarda süper iletken hale gelir. “Yüksek sıcaklık” süper iletkeni, sıvı nitrojen sıcaklığının (73K veya -200°C) üzerinde bir süper iletken gibi davranan bir malzeme olarak tanımlanır. Bir malzemenin elektrik direncinin sıfıra düştüğü tam sıcaklığa "Kritik sıcaklık" denir.
İpucu: Fiziğin özellikle soğuk unsurları genellikle Kelvin (K) cinsinden ölçülür. Bir Kelvin, bir santigrat dereceye eşittir, ancak Kelvin ölçeği mutlak sıfırda veya -273.15°C'de başlar.
2020 itibariyle keşfedilen en yüksek sıcaklık süper iletkeni Hg'dir.12TL3Ba30CA30Cu45Ö127 bir atmosfer basınçta 138K veya -135°C kritik sıcaklığa sahip olan.
Süperiletkenlikteki tek önemli faktör sıcaklık değildir, basınç da bir dizi süperiletkende rol oynar. Hidrojen sülfür (H2S) sadece 203K (-70°C) kritik sıcaklığa ve lantanum dekahidrüre (LAH) sahiptir.10) 250K (-23°C) kritik sıcaklığa sahiptir. Ne yazık ki, bu malzemelerin süperiletken olabilmesi için inanılmaz derecede yüksek basınçlarda olması gerekir.2S 986.923 atmosfer basınca ve LaH'ye ihtiyaç duyuyor10 1.677.770 atmosfere ihtiyaç duyar.
İpucu: Bu ölçekte basınç genellikle sırasıyla 100 GPa ve 170 GPa olan sayılarla GPa veya Giga-paskal cinsinden ölçülür. Bu değeri daha anlaşılır kılmak için atmosferlere dönüştürülmüştür. Bir atmosfer basınç, Dünya'daki deniz seviyesindeki ortalama hava basıncıdır. Karşılaştırma için, Dünya okyanuslarının en derin noktasında, Mariana çukurundaki Challenger Deep'teki basınç, deniz seviyesinin 10,994 metre altında 1.071 atmosferdir.
Oda sıcaklığındaki süper iletkenlerin gelecekteki potansiyel kullanımları
"Oda sıcaklığında süper iletken" terimi, 273K veya 0°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda süper iletkenlik sergileyen gelecekteki potansiyel malzemeleri belirtmek için kullanılır. Gerçek dünyada özellikle yararlı olmak için, bu malzemelerin aynı zamanda bir atmosfer basınçta veya yakınında süper iletken olması gerekir.
Oda sıcaklığında bir süper iletken, elektrik hatları üzerinden uzun mesafeli iletim sırasında kaybedilen elektrik enerjisini neredeyse ortadan kaldırarak dünyanın enerji sorunlarını azaltmaya yardımcı olacaktır. Ayrıca, daha hassas bilimsel sensörlerle birlikte daha hızlı bilgisayarlara ve bellek depolama cihazlarına da izin verecekler. Parçacık hızlandırıcılar, MRI makineleri, prototip gibi cihazlarda kullanılan süper güçlü mıknatısları çalıştırmak çok daha ucuza mal olacaktı. nükleer füzyon reaktörleri ve maglev trenleri, çünkü mıknatıslar süper iletkeni yeterince soğutmak için sıvı nitrojene ihtiyaç duymaz. İş.