[البالود]

الموصلات فائقة التوصيل
تقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل الكهرباء إلى عوازل Insulators)) مثل الخشب، وأنصاف الموصلات(Semiconductors) مثل السيليكون، و موصلات (Conductors) مثل النحاس، و لكن هناك نوعاً اخراً وهو مايعرف باسم الموصلات فائقة التوصيل (Superconductors)
والموصلات فائقة التوصيل سميت هكذا نظرا لأنها عند درجة حرارة معينة (منخفضة نسبيا) تصبح مقاومتها للكهرباء مساوية للصفر، وتصبح قدرتها على التوصيل فائقة جداً، حيث أنه إذا ما وجد تيار كهربى فى حلقة متصلة من هذه المادة فإنه سوف يسرى داخل الحلقة بدون وجود مصدر للجهد الكهربى.

*&**&*

مقدمة لعدة مواضيع جمعتها , وربطتها لتكون لنا تصورا واضحا عن

المواد فائقة التوصيل , أرجوا أن ينال إعجابكم

وسنتطرق في هذا الموضوع الى :


1- نبذة تاريخية .
2-بعض التطبيقات الهامة
3-تطبيقات جديدة , وتحول كبير
4- آخر العلماء الذين درسوا هذه العلم , وحصدوا الكعكة
5-بالصورة يتضح المبدأ
6- ماترونه في هذه الأفلام حقيقيا



*********
v
v
v

الصلاة الآن , سنكمل الموضوع لاحقا بمشيئة الله

[البالود]

نبذة تاريخية


قبل عام 1911 كان الاعتقاد السائد أن جميع المواد تصبح فائقة التوصيل للكهرباء فقط عند درجة حرارة الصفر المطلق أى -273م. ولكن فى تلك السنة لوحظ أن الزئبق النقى تصبح مقاومته مساوية للصفر عند درجة حرارة 4 مطلق أى -269م ويمكن الحصول على هذه الدرجات المنخفضة بتسييل غاز الهيليوم. لقد كان هذا الاكتشاف مثيرا لاهتمام الكثير من العلماء لإيجاد تفسير علمى لهذه الظاهرة وخاصة بعد أن وجد أن هناك مواد أخرى لها نفس الخاصية عندما تبرد وهذا ما كان مخالفا للاعتقاد السائد انذاك. ولكن تسييل غاز الهيليوم مكلف جدا من ناحية مادية،
ولذلك كان البحث فى هذا المجال محدوداً جداً إلى أن تم التوصل فى عام 1986 إلى مركب فائق التوصيل للكهرباء، رمزه الكيميائى هو YBa2Cu3O7 عند درجة حرارة -180م، ويمكن الحصول على هذه الدرجة بتسييل غار النيتروجين و هذا غير مكلف و من هنا بدأت البحوث و التجارب العلمية تنشط لمحاولة فهم هذه الظاهرة وكيفية استغلالها فى تطبيقات صناعية و تكنولوجية، و كذلك فى البحث عن مواد تكون مقاومتها صفر عند درجات حرارة الغرفة أى 25م.

[البالود]

خصائص هذه المواد



عند درجة حرارة معينة تعرف بدرجة حرارة التحول تصبح مقاومتة هذه المواد للتيار الكهربى مساوية للصفر.

اكتشف كذلك أن هذه المواد عند درجة حرارة التحول حساسة جداً للمجال المغناطيسى، حيث تنفر المجال المغناطسيى الخارجى أى أنها تعكس المجال المغناطيسى مهما ضعفت شدته.
هاتان الخاصيتان فتحت الأبواب أمام العلماء لاستغلالها فى ابتكارات واختراعات ذات كفاءة عالية تدخل فى معظم مجالات العلوم والتكنولوجيا، حيث أن هذه المواد (Superconductors) سوف تحل محل أنصاف الموصلات (Semiconductors) التى تدخل الأن فى صناعة الترانسيستور و الدوائر الالكترونية المتكاملة.

[البالود]

بعض التطبيقات الهامة


إن اكتشاف مواد فائقة التوصيل للكهرباء عند درجات حرارة مرتفعة نسبيا سوف يجعلها تدخل فى تركيب كل جهاز ممكن تصوره.

أول هذه التطبيقات هو الحصول على وسيلة غير مكلفة لنقل التيار الكهربى، لأن التكاليف المادية لنقل التيار عبر أسلاك النحاس مرتفعة نظرا للفقد الكبير فى الطاقة على شكل حرارة متبددة نتيجة مقاومة السلك النحاسى،

كذلك إذا ما قارنا قيمة التيار الذى يمكن نقله عبر السلك النحاسى حيث تبلغ شدته 100 أمبير لكل سنتيمتر مربع بينما فى السلك المصنوع من مركب الـ YBa2Cu3O7 تبلغ 100000 أمبير لكل سنتيمتر مربع.

كذلك فإن هذه المواد لها تطبيقات عديدة فى مجال الالكترونيات لما تمتاز به من قدرة عالية فى فتح و إغلاق الدائرة الكهربية لتمرير التيار ومنعه، وهذا يشكل العنصر أساسى فى بنية الكمبيوتر والبحث جارى إلى الآن لإدخال هذه المواد فى صناعة السوبركمبيوتر، وإذا ما توصل إلى ذلك فإن هذا سوف يؤدى إلى تطور كبير فى مجال الكمبيوتر.

أما فى مجال الطب فقد تم صناعة أجهزة ذات حساسية عالية جدا للمجالات المغناطيسية المنخفضة الشدة، وتستخدم الآن كبديل للمواد المشعة المستخدمة فى تشخيص الأمراض التى قد تصيب الدماغ، حيث يتم الكشف عن التغير فى المجال المغناطيسى المنبعث من الدماغ والتى تبلغ شدته 10-13 تسلا، وهذا مقدار صغير جداً لكن تلك الأجهزة قادرة على قياسه، كذلك يمكن بدقة تحديد مصدر الأشارات العصبية الصادرة من الدماغ

وأيضا يمكن أن تستخدم فى البحث عن المعادن الدفينة فى باطن الأرض وعن مصادر المياه والنفط لأنها تحدث تغيراً طفيفاً فى المجال المغناطيسى للأرض وهذا التغير يمكن التقاطه بواسطة هذه الأجهزة.

وهنالك أيضا تطبيقات على مجال أوسع، ففى اليابان تم تصميم قطار يعمل على قضبان مصنوعة من هذه المواد فائقة التوصيل، وعندما تبرد هذه القضبان إلى درجة الحرارة المطلوبة فإن القطار بكامله يرتفع عن سطح القضبان نتيجة التنافر المغناضيسى ويصبح وكأنه يسير على الهواء وهذا يمنع الأحتكاك مما يقلل من استهلاك الوقود..

[البالود]

آخر العلماء الذين درسوا هذه العلم , وحصدوا الكعكة



منحت الأكاديمية السويدية الملكية للعلوم ثلاثة فيزيائيين يعملون حالياً في الولايات المتحدة جائزة نوبل للفيزياء لهذا العام (2003) ومقدارها 10 ملايين كرونة سويدية. وتشمل الأبحاث التي أهلت هؤلاء العلماء لنيل أكبر جائزة دولية في علوم الفيزياء ظاهرتين مهمتين من موضوع فيزياء الكم هما الناقلية الفائقة (أو الموصلية الفائقة) و الميوعة الفائقة ( التدفقية الفائقة ):


والعلماء الثلاثة هم :

1- ( ألكسي ابريكوزوف ) وهو من مواليد الأتحاد السوفياتي عام 1928 وقد حصل على شهادة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة موسكو عام 1951 ، وهاجر الى الولايات المتحدة ، ويعمل حالياً في معهد أركون في ولاية ألنوي في الولايات المتحدة.

[BIMG]http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/abrikosov.jpg[/BIMG]


2 - ( فيتالي كنسبرك ) وهو من مواليد الأتحاد السوفياتي عام ( 1916 ) و قد حصل على شهادة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة موسكو , و يترأس حالياً فريقاً للبحوث الفيزيائية في موسكو .

[BIMG]http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/ginzburg.jpg[/BIMG]


3- ( أنثوني ليكيت ) وهو من مواليد المملكة المتحدة عام ( 1938 ) وقد حصل على شهادة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة أكسفورد ويعمل حالياً أستاذاً للفيزياء في جامعة ألنوي في الولايات المتحدة.

[BIMG]http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/leggett.jpg[/BIMG]

[البالود]

تطبيقات جديدة , وتحول كبير




تمكن الدراسات الحديثة في

تمكن دراسة السوائل فائقة الميوعة العلماء من معرفة سلوك المادة في مستويات الطاقة الواطئة ذات النهج المنظم كلياً.

ففي درجات الحرارة المنخفضة (بضعة درجات فوق الصفر المطلق) تكون ناقلية بعض المعادن ، أي قابلية مرور التيار الكهربائي خلالها ، عالياً جداً ودون وجود أي مقاومة كهربائية. وتمتلك هذه المواد فائقة الموصلية خاصية أزالة المجال المغناطيسي كلياً أو جزئياً
ويطلق على الموصلات الفائقة التي تستطيع أزالة المجال المغناطيسي كلياً أسم
[GLOW="000000"]الموصلات الفائقة من الطراز الأول [/GLOW]
وقد أستحقت النظرية التي وصفت هذا الطراز من الموصلات الفائقة جائزة نوبل للفيزياء.

,,,,,

وقد تبين أن هذه النظرية المستندة على حقيقة وجود الزوج من الألكترونات ليست قادرة عملياً على تفسير الموصلية الفائقة في معظم المواد المهمة.

[GLOW="000000"]و يسمح الطراز الثاني [/GLOW]
من الموصلات الفائقة بوجود الموصلية الفائقة والمجال المغناطيسي في نفس الوقت.
كذلك بأستمرار الموصلية الفائقة حتى في المجالات المغناطيسية العالية. ونجح ألكسي ابريكوزوف في تفسير هذه الظاهرة نظرياً.
وقد أستفاد هذا العالم الروسي في تفسيره من النظرية التي وصفت الطراز الأول من الموصلات الفائقة ، والتي صاغها زميله الفيزيائي الروسي فيتالي كنسبرك وغيره.
لقد توسع ألكسي ابريكوزوف في تلك النظرية وجعلها تستوعب الطراز الثاني من الموصلات الفائقة. وبالرغم من أن هذه النظريات تعود الى زمن الخمسينات ، فأنها قد إكتسبت في الآونة الأخيرة أهمية متزايدة ، نظراً للتطور الهائل الذي طرأ على علم المواد ولاسيما إكتشاف الخواص الجديدة. نتيجة لذلك ، يمكن الآن جعل المواد موصلات فائقة حتى في درجات الحرارة العالية وتحت تأثير المجالات المغناطيسية المرتفعة.



من ناحية أخرى ، وفيما يخص الشق الثاني من المواضيع التي أستحقت جائزة نوبل لهذا العام ، ونقصد الميوعة (أو السيولة) الفائقة ،( السوائل فائقة التدفق عبارة عن مواد مائعة بلا لزوجة تستطيع التدفق بدون احتكاك تقريبا عند درجة حرارة تقترب من الصفر المطلق مثل الهليوم السائل) يمكن للهيليوم السائل أن يصبح مائعاً فائقاً ، أي بتلاشي لزوجته كلياً في درجات الحرارة الواطئة. وتترابط ذرات النظير النادر هيليوم ـ 3 على شكل أزواج ، مثلما تترابط الألكترونات في الموصلات الفائقة. وقد صاغ أنثوني ليكيت عام 1972 النظرية التي وصفت هذا السلوك الذري في حالة الموائع الفائقة. كما أوضحت الدراسات الحديثة لهذا العالم الفيزيائي كيفية أجتياز هذه الحالة من النظام حالتي الفوضى (الكيوسية) والأضطراب ، اللتين تمثلان مشكلة مستعصية للفيزياء الكلاسيكسية

[البالود]

صور وأفلام




سأضع لكم صورة واحدة تبين حقيقة الفائقية , بأبسط صورة
وسندع الصورة تتحدث




.

أما هنا , فلقد جمعت لكم ثلاث ملفات فيديو, بحيث كل فلم يبين حالة خاصة :

1- في الفلم الاول تجدون المادة وهي في قمة فائقيتها
2- في الفلم الثاني تجدون المادة وهي في طريقها للفائقية
3-في الفلم الثالث تجدون المادة وقت هبوط فائقيتها


تجدونها مجموعة في هذا الرابط تفضلوا
http://phys4arab.net/up/download.php...bee14dbeaf.rar


.


هذا كل مااستطعت فعله , وأرجوا أن ينال إعجابكم


وتقبلوا مني خالص الود والتقدير

[Abofaisal2008]

بارك الله فيك و جزاك الله خير .. موضوع مميز

[bero]

[GLOW="FF9999"]موضوع فائق الروعة

وفائق الأهمية

تمنيت يوما أن أتخصص فيه لكن ربنا ما أراد لي...

عسى أن تحبوا شيئا.........



شرح كامل ورائع يشمل الموضوع من أكثر من اتجاة


شكرا لك أستاذنا[/GLOW]

[rooza]

أ . البالود

بارك الله فيك

ولك كل الشكر والتقدير ...