Ginawang Simple ang Agham: Ano ang Superconductivity?

Ni

Ang isang kubo ng materyal na magnetiko ay tumataas sa itaas ng isang superconductor. Ang patlang ng pang-akit ay nagpapahiwatig ng mga alon na lumilikha ng pantay at kabaligtaran na patlang sa superconductor at ganap na balansehin ang puwersang gravitational sa kubo. Kredito: Sa kagandahang-loob ng Oak Ridge National Laboratory

Kung saan iniisip ng karamihan sa mga tao ang “normal” na temperatura, ang lahat ng mga materyales ay may ilang resistensya sa elektrisidad. Nangangahulugan ito na nilalabanan nito ang daloy ng kuryente, tulad ng isang makitid na tubo na lumalaban sa daloy ng tubig. Dahil sa paglaban, ang ilang enerhiya ay nawala bilang init kapag ang mga electron ay lumilipat sa pagitan ng mga elektronikong bahagi sa aming mga aparato tulad ng mga computer o cell phone. Para sa karamihan ng mga materyales, ang pagtutol na ito ay mananatiling pareho kahit na ang materyal ay pinalamig sa napakababang temperatura. Ang mga pagbubukod ay mga materyales na superconducting. Ang superconductivity ay ang kakayahan ng ilang mga materyal na magsagawa ng direktang kasalukuyang (DC) elektrisidad nang walang pagkawala ng enerhiya kapag pinalamig sa ibaba ng kritikal na temperatura (T).c). Ang mga materyal na ito ay nagpapalabas din ng mga magnetikong patlang dahil sila ay naging superconducting.

Ang superconductivity ay isa sa mga nakakaintriga na phenum phenomena ng kalikasan. Natuklasan ito higit sa 100 taon na ang nakakalipas sa mercury na pinalamig sa likidong temperatura ng helium (mga -452 ° F, ilang degree lamang sa itaas). ganap na zero). Maaaring ipaliwanag ng mga siyentista kung ano ang nangyari sa superconductivity maaga pa, ngunit bakit at paano nangyari ang superconductivity ay isang misteryo sa loob ng halos 50 taon.

Noong 1957, tatlong physicist sa Unibersidad ng Illinois ang gumamit ng mekanika ng kabuuan upang ipaliwanag ang mikroskopiko na mekanismo ng superconductivity. Nagmungkahi sila ng isang radikal na bagong teorya kung gaano negatibong singilin ang mga electron, na karaniwang tinataboy ang bawat isa, ay naging pares sa ibaba ng T.c. Ang mga ipinares na electron ay pinagsama-sama ng mga antas ng atomic na mga panginginig na kilala bilang mga phonon, at sama-sama ang mga pares ay maaaring lumipat sa materyal nang walang paglaban. Ang mga siyentipiko na ito ay nakatanggap ng Nobel Prize sa Physics noong 1972 para sa kanilang pagtuklas.

Kasunod sa pagtuklas ng superconductivity sa mercury, ang hindi pangkaraniwang bagay ay naobserbahan sa iba pang mga materyales sa napakababang temperatura. Ang mga materyales ay maraming mga metal at isa haluang metal niobium at titanium, na maaaring madaling mabuo sa mga wire. Ang mga wire ay nagbigay ng isang bagong hamon sa pagsasaliksik ng superconductor. Ang kakulangan ng resistensya sa elektrisidad sa mga superconducting wires ay nangangahulugang maaari nilang suportahan ang napakataas na mga daloy ng kuryente, ngunit sa “kritikal na kasalukuyang” sira ang mga pares ng electron at nawasak ang superconductivity. Sa teknolohikal, binuksan ng mga wire ang mga bagong paggamit para sa mga superconductor, kabilang ang mga coiled coil upang lumikha ng mga makapangyarihang magnet. Noong 1970s, gumamit ang mga siyentista ng mga magnet na superconducting upang makabuo ng mga mataas na larangan ng magnetikong kinakailangan para sa pagpapaunlad ng mga makina ng magnetic resonance imaging (MRI). Kamakailan lamang, ipinakilala ng mga siyentista ang mga magnet na superconducting upang gabayan ang mga electron beams sa mga synchrotron at accelerator sa mga pasilidad na pang-agham ng gumagamit.

Noong 1986, natuklasan ng mga siyentista ang isang bagong klase ng mga materyal na tanso oxide na nagpapakita ng superconductivity ngunit nasa mas mataas na temperatura kaysa sa mga metal at metal na haluang metal ng pagsisimula ng siglo. Ang mga materyal na ito ay kilala bilang superconductors ng mataas na temperatura. Habang kailangan pa rin silang palamig, ang mga ito ay superconductors sa mas mataas na temperatura – ang ilan sa temperatura sa itaas ng likidong nitrogen (-321 ° F). Ang tuklas na ito ay nangako ng mga rebolusyonaryong bagong teknolohiya. Iminungkahi din niya na ang mga siyentipiko ay maaaring makahanap ng mga materyales na superconducting sa o malapit sa temperatura ng kuwarto.

Simula noon, maraming mga bagong materyales na superconducting na may mataas na temperatura ang natuklasan gamit ang mga may kasanayang paghula kasama ang mga eksperimento sa pagsubok at error, kabilang ang mga materyales na batay sa iron. Gayunpaman, lumalabas na ang teoryang mikroskopiko na naglalarawan sa superconductivity sa mga metal at metal alloys ay hindi nalalapat sa karamihan sa mga bagong materyal, kaya’t ang misteryo ng superconductivity ay muling hinahamon ang pamayanan ng siyentipikong. Ang mga kamakailang eksperimento sa mga materyal na nakabatay sa hydrogen sa ilalim ng sobrang mataas na presyon ay nakumpirma ang isang panteorya na tantya ng superconductivity sa mga temperatura na papalapit sa temperatura ng kuwarto.

Katotohanan sa Superconductivity

  • Ang superconductivity ay natuklasan ni Heike Kamerlingh-Onnes noong 1911. Ang pagkatuklas na ito ay nagwagi ng 1913 Nobel Prize sa Physics para sa pagkatunaw ng helium at iba pang mga nakamit.
  • Limang Nobel Prize sa Physics ay iginawad para sa superconductivity na pananaliksik (1913, 1972, 1973, 1987 at 2003).
  • Halos kalahati ng mga elemento sa pana-panahong talahanayan ay nagpapakita ng mababang temperatura na superconductivity, ngunit ang mga aplikasyon ng superconductivity ay madalas na gumagamit ng mga haluang metal na mas madaling gamitin o mas mura. Halimbawa, ang mga makina ng MRI ay gumagamit ng isang haluang metal ng niobium at titan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mekanikal na Pag-link sa pagitan ng Red Meat Consump at Pag-unlad ng Colorectal Cancer

Ang pagkonsumo ng pulang karne ay maaaring magsulong ng mutation-kaugnay na pinsala sa mga pasyente na may colorectal cancer. Ang mga pagbabago sa genetika na...

Pagkuha ng Impormasyon sa Kasaysayan ng Neanderthal na Populasyon Gamit ang Sinaunang Nuclear DNA Mula sa Mga Ciment Sediment

Gallery sa lugar ng yungib ng mga estatwa sa hilagang Espanya. Kredito: Javier Trueba - Madrid Scientific Films Ang Mitochondrial DNA ng mga archaic...

Kung Paano Maaaring Lumaki ang Iba Pang Mga Karamdaman na Fungi Sa Maliit na Puwang

Ang isang pangkat na pinangunahan ng Tsukuba University ay natagpuan ang isang makabuluhang pagkakaiba na nagpapaliwanag kung bakit ang ilang mga species ng fungi...

Para sa Mga Tatanggap ng Transplant, Isang Pangatlong Dosis ng Bakuna sa COVID Maaaring Mag-alok ng Mas mahusay na Proteksyon

Ipinakita ng mga mananaliksik sa Johns Hopkins Medicine na tatlong dosis ng bakuna laban sa SARS-CoV-2-ang virus na sanhi ng pagtaas ng antas ng...

Ang mga sigla ng usok na nasa daang siglo na napanatili sa niyebe ay nagbubunyag ng isang maalab na nakaraan – at ang hinaharap...

Inisyu ni Harvard John a. Paulson School of Engineering at Applied Science Hunyo 18, 2021 Ang usok mula sa mga wildfires na gawa ng tao...

Newsletter

Subscribe to stay updated.