.png)
الموصلات الفائقة وتطبيقاتها ؟
الموصلات الفائقة هي المواد التي توصل الكهرباءhttps://www.brefphysique.com/2022/05/blog-post_5.html بدون مقاومة يعني دون تبديد و ضياع الطاقة الكهربائية على شكل طاقة حرارية .
تكون وتكتسب المواد خاصية الموصلية الفائقة والعالية عند تبريدها لدرجة حرارة جد منخفضة تحت الصفر درجة .
نظريا عند مرور تيار كهربائي في حلقة مصنوعة من مادة ذات موصلية فائقة سوف يظل التيار الكهربائي يمر الى وقت غير محدد وبدون مصدر للتيار الكهربائي بعد اعطاء الدفعة الاولى .
تتوفر خاصية الموصلية الفائقة فقط في بعض اشباه الموصلات وفي المعادن الخفيفة كالالمنيوم والقصدير ولايمكن توفرها في المعادن النبيلة كالذهب والفضة مثلا .
يعد اكتشاف الموصلات الفائقة والعمل على تطويرها من اهم الاكتشافات العلمية في القرن الماضي ؛ ولازالت الابحاث حول الموصلات الفائقة ما تزال مستمرّة حتى الآن.
تمّت ملاحظة الموصلية الفائقة للمرة الأولى في الزئبق عام 1911 من قِبل الفيزيائيّ الهولنديّ (هايك كامرلينغ أونس جامعه ليدن، فقد قام بتبريد الزئبق إلى درجة حرارة الهيليوم السائل (4 درجات كلفن)، ممّا أدّى إلى اختفاء مقاومته فجأةً. ولاحقاً في عام 1913 فاز أونس بجائزة نوبل في الفيزياء لأبحاثه في هذا المجال.
في عام 1933 تغير فهمنا حول كيفيّة تصرّف المادة في درجات الحرارة
المنخفضة، فقد قام الباحثان الألمانيّان فالتر وروبرت اوشسينفيلد باكتشاف أنّ المواد
فائقة التوصيل تقوم بصدّ أيّ مجال مغناطيسيّ يُطبَّق عليها، إذ تقوم التيارات
المُستحثّة بصدّ المجال المغناطيسي الذي من شأنه أن يخترق المادة فائقة التوصيل،
وهذا ما عُرف بـ(تأثير ميزنر –
Meissner effect) الذي يكون في بعض الأحيان قوياً جداً
لدرجة أنْ يؤدّي التنافرُ بين المغناطيس والمجال المغناطيسيّ الناشئ عن تيار
الموصل الفائق إلى رفع وتعليق المغناطيس في الهواء.
تطبيقات الموصلات الفائقة
.png)
مختبر cern
في مسرعات الجسيمات والدقائق كمسرع سيرن والمساهمة في اكتشاف بوزون هيغز المسؤول عن اكتساب المادة للكتلة , انطلاقا من توليد مغانط قوية وفائقة الموصلية .
قطارات فائقة السرعة
.png)
قام المهند سون اليابانيون باستبدال عجلات القطار بمواد فائقة الموصلية وتبريدها بواسطة خزانات مليئة بالهليوم , حيث تصل سرعة القطار الى نحو 500 كلم في الساعة وتكون رحلة القطار خالية من المطبات ومريحة للمسافرين.
الرنين المغناطيسي
.png)
تستغل مواد فائقة الموصلية من اجل انتاج وتوليد مجال مغناطيسي كبير لجهاز الرنين المغناطيسي للحصول على صور اعضاء داخل جسم الانسان .
كما تستخدم الموصليات الفائقة في عزل مواد مغناطيسية عن مواد مغناطيسة اخرى كمضادات الرادار في المجال العسكري , ويمكن ايضا استعمال الموصلات الفائقة كوسيلة لنقل الكهرباء لمسافات طويلة نظرا لعدم ضياع الطاقة الكهربائية وضعف المقاومة.
ولكن اكبرعيب وعائق يواجه الاستفادة من الموصلات الفائقة هو اننا نحتاج لتبريد المواد لدرجة حرارة منخفضة ابرد من القطبين المتجمدين وليس على درجة حرارةhttps://www.brefphysique.com/2022/05/blog-post_01.html الغرفة العادية لتمكيننا من استغلال الموصلات الفائقة ومن فائدتها في ترشيد استهلاك الطاقة الكهربائية في الظروف الاعتيادية لحياتنا العادية اليومية .
في المستقبل، يمكن استخدام الموصلات الفائقة لإنشاء كل شيء من السيارات الكهربائية الأكثر كفاءة إلى القطارات المرتفعة. ومع ذلك، فإن الموصلات الفائقة مكلفة للغاية ويصعب العمل معها، لذلك يبقى أن نرى إلى أي مدى سيتم تبنيها في المستقبل في كل الميادين ولاسيما المجال الطبي حيث سوف تنعكس بانخفاض سعر ثمن الاجهزة الطبية وبالتالي انخفاض فاتورة العلاج .
يمكن استخدام الموصلات
الفائقة لإنشاء شبكات طاقة كهربائية أكثر كفاءة وقطارات رفع سريعة والمدافع الكهرومعناطيسية والحواسيب الكمية .
الموصلات الفائقة استخدامات
الموصلات الفائقة هي مواد لا تتمتع بمقاومة كهربائية صفرية مطلقة ويمكن استخدامها لإنشاء مغناطيس قوي للغاية, حيث الموصلات الفائقة لديهم مجموعة واسعة من التطبيقات المتنوعة ، من القطارات المرتفعة إلى شبكات الطاقة الكهربائية الأكثر كفاءة.
تحتاج معظم الموصلات الفائقة إلى التبريد إلى درجات حرارة منخفضة جدًا لكي تعمل وهذا يشكل احد اهم العراقيل ، ولكن تمكن المهندسين والعلماء من التوصل لفئة جديدة من الموصلات الفائقة "ذات درجة الحرارة العالية" التي يمكن أن تعمل في درجات حرارة أعلى بكثيرحيث قد يجعلها هذا أكثر عملية لاستخدامها في مجموعة متنوعة من تطبيقات العالم الحقيقي وفي الظروف العادية التي نعيش فيها .
الموصلات الفائقة وانواعها
معروف ان الموصلات
الفائقة هي مواد يمكنها توصيل الكهرباء بدون مقاومة و هذا يعني أنه يمكنهم
نقل الكهرباء دون هدر او ضياع طاقة تحت مفعول جول يعني هدر الطاقة الكهربائية على شكل حرارة .
تُستخدم الموصلات الفائقة في مجموعة
متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)،
ومسرعات الجسيمات والدقائق ، ونقل الطاقة الكهربائية وارسال البيانات الرقمية .
هناك نوعان من الموصلات الفائقة: التقليدية وعالية الحرارة , يجب تبريد الموصلات الفائقة التقليدية إلى درجات حرارة منخفضة جدًا (عادة -196 درجة مئوية) من أجل الوصول إلى حالتها فائقة التوصيل و يمكن تبريد الموصلات الفائقة عالية الحرارة إلى درجات حرارة أقل بكثير، مما يجعلها أكثر عملية للعديد من التطبيقات.
الموصلات الفائقة المعادن
الموصل الفائق المعدني عبارة عن مادة يمكنها توصيل الكهرباء بمقاومة صفرية تحت درجة حرارة معينة وهي مصنوعة من عناصر معدنية، مثل النحاس أو الألومنيوم أو النيوبيوم، التي تم دمجها مع عناصر أخرى، مثل الأكسجين أو النيتروجين .
تم اكتشاف الموصلات المعدنية الفائقة لأول مرة في عام 1911 من قبل الفيزيائي الهولندي Heike Kamerlingh Onnes، الذي وجد أن المقاومة الكهربائية للزئبق تنخفض إلى الصفر عند درجات حرارة أقل من 4.2 كلفن (-452.47 فهرنهايت). منذ ذلك الحين، تم اكتشاف ودراسة العديد من الموصلات المعدنية الفائقة الأخرى .
حلم انتاج موصلات فائقة
يبقى حلم انتاج وصناعة مركبات ذات موصلية فائقة بدرجة حرارة الغرفة حلم الفيزيائيين والمهندسين لما لها من دور مهم في الصناعة وحياة الانسان بشكل محوري , فمجال التوزيع الكهربائي سوف يشهد وفرة في الطاقة الكهربائية اذا ما ملكنا مواد ذات موصلية فائقة بدرجة الغرفة .
في عالم الحواسيب سوف نملك حاسوب كمي بثمن متاح للجميع وزيد على ذلك المجالات الاخرى كالصناعة الطبية , ولكن يبقى فقط حلم انتاج الموصلات الفائقة في الظروف العادية بدرجة الغرفة ولكن مسار العلم والبحث والشغف به لا يعرف المستحيل وسوف نستيقظ ذات صباح على تمكن العلماء من انتاج الموصلات الفائقة بظروف ودرجة حرارة الغرفة كما عهدنا العلم دائما الذي لا يعرف المستحيل ونكمل الثورة الصناعية والرقمية .
سوف تفتح افاقا اخرى عبر تطور التكنولوجيا وزيادة مردودية الطاقة وسرعة معالجة المعلومات والبيانات وايضا في تطوير وسائل النقل ولاسيما القطارات السريعة , عموما التمكن من انتاج الموصلات الفائقة في الظروف العادية محوري نظرا لتقاطعه مع مجالات حيوية ومحورية في حياتنا وسوف ينقلنا ويفتح لنا باب ومرحلة جديدة في التكنولوجيا .