Süper İletken Maddeler nelerdir
Süper İletken Maddeler
Bir maddenin, enerji iletkenliğinde direncinin ^^0^^olması durumuna,^^süperiletkenlik^^özelliği deniyor.1911 yılında ilk kez Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, belirli şartlarda civanın süperiletken olduğunu buldu.Sonraki yıllarda, bir kısmı Onnes tarafından olmak üzere, iki dizine den fazla elementin ve binlerce metal alaşımın da birbirlerinden farklı şartlarda süperiletken olabileceği anlaşıldı.Her geçen gün bu maddelere yenileri ekleniyor.Bugün hala, insanların yaşayabilecekleri şartlarda ve sıcaklıklarda bilinen teknolojik uygulamalarda kullanılabilecek özelliklere sahip süper iletken bir madde bulunmuş değildir.Her şey bir yana böyle bir süperiletken madde bulunduğunda,öncelikle,insanlık tarihinin en önemli enerji tasarrufu imkanı kendiliğinden ortaya çıkacaktır.Bu tasarruf, sadece daha önce kullanılmayan enerjinin nihai kullanım noktasına kadar gelmesi ile elde edilecek bir tasarruf değil, aynı zamanda özellikle cisimlerin hareketi sırasında, sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıplarından da büyük ölçüde kurtulmasıdır.
Süperiletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir:Süperiletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların,civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri örgüde kusurlara neden olur.Bunun sonucunda, normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti, dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.Cooper çiftleri adı verilen bu elektron çiftlerinin saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur.Üstelik bu çiftlerin saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır.Bu çiftler süperiletkenliğin sorumlusudur.Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik temelde saçılmaya bağlıdır;ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.
Süperiletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması yüzyılımızın ortalarında John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel ödülü kazandırdı.
JET HIZINDA TRENLER:
Süperiletken maddelerde görülen manyetik itme kuvveti (Meissner etkisi),Batı ülkelerinde halk arasında^^uçan trenler^^ diye adlandırılan,manyetik yastık üzerinde kayan MAGLEV trenlerinin yapılması fikrini doğurmuştur.Başta Japonya ve Almanya olmak üzere MAGLEV trenleri üzerinde yapılan araştırmalarda bugüne kadar 500 km/h hıza ulaşılmış bulunulmaktadır.Bu, neredeyse ortalama bir jet uçağının optimum uçuş hızına yakındır.
Japonya da geliştirilen, süperiletken MAGLEV trenleri, özel bir ray üzerinde, aracın her iki ucunda bulunan süper soğutmalı, süperiletken mıknatıslar vasıtası ile yükseltiliyor.Tren hareket ettiğinde raydaki iletkenlere verilen elektrik akımı bir itme gücü oluşturuyor.Tren 100km/h hızı aştığı anda, tekerlekleri içe katlanıyor ve hat üzerinde havlanmaya başlıyor.Yani tren, sürtünmesiz bir ortamda hattın üzerinde adeta uçmaya başlıyor.Enerji tasarrufu içinde ısınan mıknatıslar bir soğutma sistemi ile soğutuluyor.MAGLEV trenini istendiğinde durdurmak için ise, akım yönü tersine çevriliyor.İleriye doğru hızla akan aracın kütlesi, bu sefer zıt yönde bir itme gücü ile durduruluyor.Bu, tıpkı uçaklarda piste inişten sonra kullanılan motor freni gibidir.
BÜTÜN SIR MIKNATISLARDA
Süperiletken maddenin en önemli özelliklerinde biri mükemmel diyamanyetik olmalarıdır.1933 yılında, Messnir ve Ochsenfeld, bir metalin süperiletken olduktan sonra,içinden manyetik akım geçişine izin vermediğini gösterdiler.Şöyle ki, kritik sıcaklığın altında soğutulmuş bir süperiletken, üstten hafif fakat güçlü bir mıknatısa yaklaştırıldığında, süperiletken parça havada kalacaktır.Buna, süperiletken metallerin ^^levitasyon^^özelliği denmektedir.
SÜPERİLETKENLERİN UYGULAMA ALANLAR
Süperiletkenlerin kullanılmasıyla elde edilen ürünler,^^süperiletken kablo ve mıknatıslar^^ ile ^^süperiletken film ve Josephsoneklemi ve bunların bileşiminden oluşan mikro devreler^^ olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır.
YÜKSEK ENERJİ FİZİĞİ:
Süperiletkenler sayesinde yüksek manyetik akım yoğunluğu elde edilebildiğinden, halk arasında ^^emar^^ olarak bilinen ^^magnetik rezonans(MR) görüntüleme^^ cihazları geliştirilmiş ve tıbbi teşhis alanında önemli bir mesafe kat edilmiştir.
SÜPERİLETKEN KABLOLAR
1000 KW ve 10 GVA gibi, bugüne kadar hayali bile mümkün olmayacak derecede yüksek kapasitede enerji iletim kablolarının üretimi gerçekleştirilmiştir.Bu kabloların henüz çok kırılgan olmaları nedeniyle, bilimsel araştırmalar devam etmektedir.
DEMİR YOLU TAŞIMACILIĞI
Süperiletkenlerle elde edilen güçlü manyetik alan vasıtası ile hareket eden MEGLAV trenleri geliştirilmiştir.
PARÇACIK ÇARPIŞTIRICILARI
Parçacık fiziği deneylerinde kullanılan parçacık çarpıştırıcılarında ışık hızına yakın hızlarda hareket eden atom altı parçacıklarının merkeze bağlı tutulabilmesi için gerekli olan güçlü mıknatıslar, ancak süperiletkenlerle yapılabilmektedir.Bu mıknatıslar gereken enerjinin büyüklüğü, çoğu zaman istenilen enerji düzeyinde deneylerin yapılmasını mümkün kılmamaktadır.Ancak, mıknatısların süperiletkenlerden yapılması ile ileri düzeyde deneyler yapılabilmektedir.
ELEKTRONİK DEVRELER
Hemen tüm elektronik devrelerde ve özelliklede entegre devrelerde ara bağlantılarda kullanılan iletkenlerin dirençlerinden kaynaklanan sorunlar, önemli bir maliyet unsuru olmaktadır.Bu sorunların, süperiletkenlerin kullanılması ile giderilebileceği düşünülmektedir.
PARÇACIK HIZLANDIRICIDAN ‘NANOROBOT’A
Burada, süperiletkenlerin çeşitli kullanım alanları arasında önemli bir yer tutan, bilimsel araştırmalarda deney imkanlarının geliştirilmesine yaptığı katkıya bir örnek vermek gerekiyor.
Süper İletken Maddeler
Bir maddenin, enerji iletkenliğinde direncinin ^^0^^olması durumuna,^^süperiletkenlik^^özelliği deniyor.1911 yılında ilk kez Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, belirli şartlarda civanın süperiletken olduğunu buldu.Sonraki yıllarda, bir kısmı Onnes tarafından olmak üzere, iki dizine den fazla elementin ve binlerce metal alaşımın da birbirlerinden farklı şartlarda süperiletken olabileceği anlaşıldı.Her geçen gün bu maddelere yenileri ekleniyor.Bugün hala, insanların yaşayabilecekleri şartlarda ve sıcaklıklarda bilinen teknolojik uygulamalarda kullanılabilecek özelliklere sahip süper iletken bir madde bulunmuş değildir.Her şey bir yana böyle bir süperiletken madde bulunduğunda,öncelikle,insanlık tarihinin en önemli enerji tasarrufu imkanı kendiliğinden ortaya çıkacaktır.Bu tasarruf, sadece daha önce kullanılmayan enerjinin nihai kullanım noktasına kadar gelmesi ile elde edilecek bir tasarruf değil, aynı zamanda özellikle cisimlerin hareketi sırasında, sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıplarından da büyük ölçüde kurtulmasıdır.
Süperiletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir:Süperiletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların,civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri örgüde kusurlara neden olur.Bunun sonucunda, normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti, dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.Cooper çiftleri adı verilen bu elektron çiftlerinin saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur.Üstelik bu çiftlerin saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır.Bu çiftler süperiletkenliğin sorumlusudur.Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik temelde saçılmaya bağlıdır;ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.
Süperiletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması yüzyılımızın ortalarında John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel ödülü kazandırdı.
JET HIZINDA TRENLER:
Süperiletken maddelerde görülen manyetik itme kuvveti (Meissner etkisi),Batı ülkelerinde halk arasında^^uçan trenler^^ diye adlandırılan,manyetik yastık üzerinde kayan MAGLEV trenlerinin yapılması fikrini doğurmuştur.Başta Japonya ve Almanya olmak üzere MAGLEV trenleri üzerinde yapılan araştırmalarda bugüne kadar 500 km/h hıza ulaşılmış bulunulmaktadır.Bu, neredeyse ortalama bir jet uçağının optimum uçuş hızına yakındır.
Japonya da geliştirilen, süperiletken MAGLEV trenleri, özel bir ray üzerinde, aracın her iki ucunda bulunan süper soğutmalı, süperiletken mıknatıslar vasıtası ile yükseltiliyor.Tren hareket ettiğinde raydaki iletkenlere verilen elektrik akımı bir itme gücü oluşturuyor.Tren 100km/h hızı aştığı anda, tekerlekleri içe katlanıyor ve hat üzerinde havlanmaya başlıyor.Yani tren, sürtünmesiz bir ortamda hattın üzerinde adeta uçmaya başlıyor.Enerji tasarrufu içinde ısınan mıknatıslar bir soğutma sistemi ile soğutuluyor.MAGLEV trenini istendiğinde durdurmak için ise, akım yönü tersine çevriliyor.İleriye doğru hızla akan aracın kütlesi, bu sefer zıt yönde bir itme gücü ile durduruluyor.Bu, tıpkı uçaklarda piste inişten sonra kullanılan motor freni gibidir.
BÜTÜN SIR MIKNATISLARDA
Süperiletken maddenin en önemli özelliklerinde biri mükemmel diyamanyetik olmalarıdır.1933 yılında, Messnir ve Ochsenfeld, bir metalin süperiletken olduktan sonra,içinden manyetik akım geçişine izin vermediğini gösterdiler.Şöyle ki, kritik sıcaklığın altında soğutulmuş bir süperiletken, üstten hafif fakat güçlü bir mıknatısa yaklaştırıldığında, süperiletken parça havada kalacaktır.Buna, süperiletken metallerin ^^levitasyon^^özelliği denmektedir.
SÜPERİLETKENLERİN UYGULAMA ALANLAR
Süperiletkenlerin kullanılmasıyla elde edilen ürünler,^^süperiletken kablo ve mıknatıslar^^ ile ^^süperiletken film ve Josephsoneklemi ve bunların bileşiminden oluşan mikro devreler^^ olmak üzere iki ana grupta toplanmaktadır.
YÜKSEK ENERJİ FİZİĞİ:
Süperiletkenler sayesinde yüksek manyetik akım yoğunluğu elde edilebildiğinden, halk arasında ^^emar^^ olarak bilinen ^^magnetik rezonans(MR) görüntüleme^^ cihazları geliştirilmiş ve tıbbi teşhis alanında önemli bir mesafe kat edilmiştir.
SÜPERİLETKEN KABLOLAR
1000 KW ve 10 GVA gibi, bugüne kadar hayali bile mümkün olmayacak derecede yüksek kapasitede enerji iletim kablolarının üretimi gerçekleştirilmiştir.Bu kabloların henüz çok kırılgan olmaları nedeniyle, bilimsel araştırmalar devam etmektedir.
DEMİR YOLU TAŞIMACILIĞI
Süperiletkenlerle elde edilen güçlü manyetik alan vasıtası ile hareket eden MEGLAV trenleri geliştirilmiştir.
PARÇACIK ÇARPIŞTIRICILARI
Parçacık fiziği deneylerinde kullanılan parçacık çarpıştırıcılarında ışık hızına yakın hızlarda hareket eden atom altı parçacıklarının merkeze bağlı tutulabilmesi için gerekli olan güçlü mıknatıslar, ancak süperiletkenlerle yapılabilmektedir.Bu mıknatıslar gereken enerjinin büyüklüğü, çoğu zaman istenilen enerji düzeyinde deneylerin yapılmasını mümkün kılmamaktadır.Ancak, mıknatısların süperiletkenlerden yapılması ile ileri düzeyde deneyler yapılabilmektedir.
ELEKTRONİK DEVRELER
Hemen tüm elektronik devrelerde ve özelliklede entegre devrelerde ara bağlantılarda kullanılan iletkenlerin dirençlerinden kaynaklanan sorunlar, önemli bir maliyet unsuru olmaktadır.Bu sorunların, süperiletkenlerin kullanılması ile giderilebileceği düşünülmektedir.
PARÇACIK HIZLANDIRICIDAN ‘NANOROBOT’A
Burada, süperiletkenlerin çeşitli kullanım alanları arasında önemli bir yer tutan, bilimsel araştırmalarda deney imkanlarının geliştirilmesine yaptığı katkıya bir örnek vermek gerekiyor.