Rez@ee
25th August 2012, 08:54 AM
مواد رسانا دارای مقاومت الکتریکی هستند که از مانع از عبور الکتریکی یا همان حاملهای بار الکتریکی میشود.از طرفی کاهش دما باعث کاهش مقاومت الکتریکی میشود.
در برخی رساناها در یک دمای خاص به یکباره مقاومت الکتریکی رسانا صفر میشود که به این دما دمای بحرانی و به این مواد ابر رسانا گفته میشود
مشکل اصلی در استفاده از این مواد پایین بودن دمای بحرانی است آن هم نه چند درجه زیر صفر بلکه حتی بیش از دویست درجه زیر صفر!!!!۱بنابراین برای این که فلزی ابر رسانا باشد باید در دمای بسیار کم نگهداری شودمثلا داخل هلیوم مایع قرار گیرد.هر چند دانشمندان موادی را کشف کرده اند که دمای بحرانی آنها بالاتر است اما هدف اصلی ساخت ماده ایست که در دمای محیط ابر رسانا باشد.
ابر رسانا ها ویژگیهای زیادی دارند که یکی از آنها پدیده مایسنر است.
اثر مایسنر
اگرابر رسانا را در یک میدان مغناطیسی خارجی ضعیف H قرار دهیم، میدان فقط تا مسافت کم λ در ابررسانا پیشروی می‌کند که عمق نفوذ لندن نامیده میشود. پس از این مسافت، میدان به سرعت به صفر میل می‌کند. این پدیده اثر مایسنر ( Meissner effect) نام دارد و یکی از مشخصه‌های اصلی مواد ابررسانا است. برای بیشتر ابررساناها عمق نفوذ لندن نزدیک به ۱۰۰ نانومتراست.مواد ابر رسانا خطوط میدان مغناطیسی را دفع میکنند.به زبان ساده تر شار مغناطیسی از مواد ابر رسانا عبور نمیکند.
http://foodaji.persiangig.com/image/AbarResana1.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/EfektMeisnera.svg/220px-EfektMeisnera.svg.png (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:EfektMeisnera .svg) (نمودار تاثیر میدان بر ماده در حالت عادی و حالت ابررسانایی)
*نتیجه این کار این است که این مواد میتوانند آهنربا را دفع کنند.
http://foodaji.persiangig.com/image/AbarResana2.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Meissner_effect_p1390048.jpg/220px-Meissner_effect_p1390048.jpg (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:Meissner_effe ct_p1390048.jpg) (آهنربای معلق روی یک ابررسانای سرد شده توسط نیتروژن مایع، تحت تاثیر اثر مایسنر)
اثر مایسنر در میدانهای قوی از بین میرود.
اثر مایسنر با خاصیت دیا مغناطیس متفاوت است هر چند بسیار به هم شباهت دارند.در دیامغناطیس هنگامی یک رسانا در داخل میدان مغناطیسی متغییر قرار میگیرد در داخل رسانا جریانهای الکتریکی قوی ایجاد میشود که طبق قانون لنز با میدان مخالفت میکنند اما اثر مایسنر هم درمیدان مغناطیس متغییر و هم ثابت رخ میدهد.
نیروی دافعه ای که بین ابر رسانا و آهن ربا ایجاد میشود اساس ساخت قطار های مغناطیسی(یا همان مگ لو)میباشد.
( قطارهاي مگ لو MagLev )
بر اثر پديده ماينسر ، ابر رسانا ميدان مغناطيسي را عبور نمي دهد و يك عنصر مغناطيسي مي تواند روي ابر رسانا معلق بماند. از اين خاصيت در ساخت قطارهاي شناور مغناطيسي موسوم مگ لو استفاده شده است. كويل ابر رسانا در داخل قطار قرار مي گيرد و ريل هاي دو طرف قطار به تناوب مغناطيسي و داراي قطب هاي مخالف مي گردند.قطار با توجه به خاصيت شناوري ، بدون هرگونه اصطكاك و بر خورد با ريل، در اثر تقابل قطب هاي آهنربايي با سرعت زيادي به حركت در مي آيد. اولين قطار مغناطيسي در سوم آوريل 1997 در ژاپن با سرعت 510 كيلومتر در ساعت به بهره برداري رسيد. و در سال 2000 قطار ديگري با سرعت 581 كيلومتر در ساعت ساخته شد. قطار مغناطيسي شانگهاي (از سال 2004) مسافت 30 كيلومتري تا فرودگاه را با سرعت 500 كيلومتر در ساعت طي مي كند و هدف سازندگان آلماني آن رسيدن به سرعت 900 كيلومتر بر ساعت است. قطار توكيو - اوساكا و واشنگتن - نيويورك در دست ساختند.
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled16.JPG
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled15.JPG
قطار مغناطيسي شانگهاي
از مواد ابر رسانا در ساخت کابل برق کمک میگیرند.
( سيم و كابل ابررسانا)
قابليت هدايت جريان برق در كابلهاي High Temperature Superconductor HTS
بالغ بر 100 بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع كابلها از كابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدكنندگان تجهيزات الكتريكي در سراسردنيا سعي دارند با استفاده از تكنولوژي HTS باعث كاهش هزينه‌ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند. كابل هاي ابر رسانا قابليت انتقال توان در جريان هاي متناوب AC (Alternative Current) به ميزان3 تا9 برابر كابل هاي مسي را دارا مي باشند وبصورت زير زميني كارمي شوند. بين آمريكا، اروپا و ژاپن رقابت سختي روي توليد كابلهاي نسل جديد ابررسانا وجود دارد.يكي از مشخصات كابلهاي HTS اين است كه اين كابلها حتما بايد در دماي پايين كار كنند. در نتيجه كابلهاي HTS به گونه اي طراحي شده اند كه يك سيستم ويژه خنك كننده دائما از آن پشتيباني كند.در كابلهاي HTSنيتروژن مايع بين لايه هاي كابل جريان دارد تا آنها را به زير دماي منفي 200 درجه سانتيگراد برساند و به علاوه به عنوان يك عايق بين لايه مركزي و لايه هاي بيروني تر كابل عمل كند.يك كابل HTS از چند سيم هم محور ابررسانا تشكيل شده است و عايق ايزولاسيون الكتريكي مغزي كابل را به همراه ماده خنك كننده انجام مي دهد. اين روش به طراحي "عايق سرد هم محور" معروف است. اين كابل توسط نكسان ،يكي از بزرگترين توليد كنندگان كابل در جهان، طراحي و ساخته شده است.http://www.itan.ir/paper/1818/untitled8.JPG
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled9.JPG
فیزیک اما ساده
در برخی رساناها در یک دمای خاص به یکباره مقاومت الکتریکی رسانا صفر میشود که به این دما دمای بحرانی و به این مواد ابر رسانا گفته میشود
مشکل اصلی در استفاده از این مواد پایین بودن دمای بحرانی است آن هم نه چند درجه زیر صفر بلکه حتی بیش از دویست درجه زیر صفر!!!!۱بنابراین برای این که فلزی ابر رسانا باشد باید در دمای بسیار کم نگهداری شودمثلا داخل هلیوم مایع قرار گیرد.هر چند دانشمندان موادی را کشف کرده اند که دمای بحرانی آنها بالاتر است اما هدف اصلی ساخت ماده ایست که در دمای محیط ابر رسانا باشد.
ابر رسانا ها ویژگیهای زیادی دارند که یکی از آنها پدیده مایسنر است.
اثر مایسنر
اگرابر رسانا را در یک میدان مغناطیسی خارجی ضعیف H قرار دهیم، میدان فقط تا مسافت کم λ در ابررسانا پیشروی می‌کند که عمق نفوذ لندن نامیده میشود. پس از این مسافت، میدان به سرعت به صفر میل می‌کند. این پدیده اثر مایسنر ( Meissner effect) نام دارد و یکی از مشخصه‌های اصلی مواد ابررسانا است. برای بیشتر ابررساناها عمق نفوذ لندن نزدیک به ۱۰۰ نانومتراست.مواد ابر رسانا خطوط میدان مغناطیسی را دفع میکنند.به زبان ساده تر شار مغناطیسی از مواد ابر رسانا عبور نمیکند.
http://foodaji.persiangig.com/image/AbarResana1.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/EfektMeisnera.svg/220px-EfektMeisnera.svg.png (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:EfektMeisnera .svg) (نمودار تاثیر میدان بر ماده در حالت عادی و حالت ابررسانایی)
*نتیجه این کار این است که این مواد میتوانند آهنربا را دفع کنند.
http://foodaji.persiangig.com/image/AbarResana2.gifhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Meissner_effect_p1390048.jpg/220px-Meissner_effect_p1390048.jpg (http://fa.wikipedia.org/wiki/%D9%BE%D8%B1%D9%88%D9%86%D8%AF%D9%87:Meissner_effe ct_p1390048.jpg) (آهنربای معلق روی یک ابررسانای سرد شده توسط نیتروژن مایع، تحت تاثیر اثر مایسنر)
اثر مایسنر در میدانهای قوی از بین میرود.
اثر مایسنر با خاصیت دیا مغناطیس متفاوت است هر چند بسیار به هم شباهت دارند.در دیامغناطیس هنگامی یک رسانا در داخل میدان مغناطیسی متغییر قرار میگیرد در داخل رسانا جریانهای الکتریکی قوی ایجاد میشود که طبق قانون لنز با میدان مخالفت میکنند اما اثر مایسنر هم درمیدان مغناطیس متغییر و هم ثابت رخ میدهد.
نیروی دافعه ای که بین ابر رسانا و آهن ربا ایجاد میشود اساس ساخت قطار های مغناطیسی(یا همان مگ لو)میباشد.
( قطارهاي مگ لو MagLev )
بر اثر پديده ماينسر ، ابر رسانا ميدان مغناطيسي را عبور نمي دهد و يك عنصر مغناطيسي مي تواند روي ابر رسانا معلق بماند. از اين خاصيت در ساخت قطارهاي شناور مغناطيسي موسوم مگ لو استفاده شده است. كويل ابر رسانا در داخل قطار قرار مي گيرد و ريل هاي دو طرف قطار به تناوب مغناطيسي و داراي قطب هاي مخالف مي گردند.قطار با توجه به خاصيت شناوري ، بدون هرگونه اصطكاك و بر خورد با ريل، در اثر تقابل قطب هاي آهنربايي با سرعت زيادي به حركت در مي آيد. اولين قطار مغناطيسي در سوم آوريل 1997 در ژاپن با سرعت 510 كيلومتر در ساعت به بهره برداري رسيد. و در سال 2000 قطار ديگري با سرعت 581 كيلومتر در ساعت ساخته شد. قطار مغناطيسي شانگهاي (از سال 2004) مسافت 30 كيلومتري تا فرودگاه را با سرعت 500 كيلومتر در ساعت طي مي كند و هدف سازندگان آلماني آن رسيدن به سرعت 900 كيلومتر بر ساعت است. قطار توكيو - اوساكا و واشنگتن - نيويورك در دست ساختند.
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled16.JPG
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled15.JPG
قطار مغناطيسي شانگهاي
از مواد ابر رسانا در ساخت کابل برق کمک میگیرند.
( سيم و كابل ابررسانا)
قابليت هدايت جريان برق در كابلهاي High Temperature Superconductor HTS
بالغ بر 100 بار بيشتر از هاديهاي آلومينيومي و مسي متداول مي‌باشد. اندازه، وزن و مقاومت اين نوع كابلها از كابلهاي معمولي بهتر بوده و امروزه توليدكنندگان تجهيزات الكتريكي در سراسردنيا سعي دارند با استفاده از تكنولوژي HTS باعث كاهش هزينه‌ها و افزايش ظرفيت و قابليت اطمينان سيستمهاي قدرت شوند. كابل هاي ابر رسانا قابليت انتقال توان در جريان هاي متناوب AC (Alternative Current) به ميزان3 تا9 برابر كابل هاي مسي را دارا مي باشند وبصورت زير زميني كارمي شوند. بين آمريكا، اروپا و ژاپن رقابت سختي روي توليد كابلهاي نسل جديد ابررسانا وجود دارد.يكي از مشخصات كابلهاي HTS اين است كه اين كابلها حتما بايد در دماي پايين كار كنند. در نتيجه كابلهاي HTS به گونه اي طراحي شده اند كه يك سيستم ويژه خنك كننده دائما از آن پشتيباني كند.در كابلهاي HTSنيتروژن مايع بين لايه هاي كابل جريان دارد تا آنها را به زير دماي منفي 200 درجه سانتيگراد برساند و به علاوه به عنوان يك عايق بين لايه مركزي و لايه هاي بيروني تر كابل عمل كند.يك كابل HTS از چند سيم هم محور ابررسانا تشكيل شده است و عايق ايزولاسيون الكتريكي مغزي كابل را به همراه ماده خنك كننده انجام مي دهد. اين روش به طراحي "عايق سرد هم محور" معروف است. اين كابل توسط نكسان ،يكي از بزرگترين توليد كنندگان كابل در جهان، طراحي و ساخته شده است.http://www.itan.ir/paper/1818/untitled8.JPG
http://www.itan.ir/paper/1818/untitled9.JPG
فیزیک اما ساده