Cevap Yaz Yazdır
Güncelleme: 14 Kasım 2017  Gösterim: 10.661  Cevap: 3

Süper İletken ve İletkenlik

Misafir
13 Şubat 2010 12:03       Mesaj #1
Misafir - avatarı
Ziyaretçi
Süper İletken ve İletkenlik

Süper iletken
1986'da George Bednorz, kayıp olmaksızın enerjiyi transfer edebilen bir madde geliştirdi. Böylece süper iletken kavramı hayatımıza girmiş oldu. Süper iletkenler, bilgi çağı açısından çok önemli bir gelişmedir. Sıradan bir bakır telden iletildiğinde enerjinin yaklaşık % 40'ı kaybolmaktadır. İşte bu yüzden süper iletkenler insanlığın enerjiyi doğru ve verimli kullanabilmesi açısından çok önemlidir. Süper iletken bir fen konusudur. Elektrikte, direnç üstü bir kavramdır.
Sponsorlu Bağlantılar

1. Süperiletkenliğin Tanımı
Süperiletkenlik, belirli maddelerin doğru akımı hiçbir direnç ve kayıpsız iletmek için aşırı düşük sıcaklıklara soğutulduklarında, bu maddelerin gösterdikleri özellikleridir. Başka bir deyişle sıcaklığın belirli bir değerin altına düşürüldüğü zaman doğru akım ile elektriksel dirençleri sıfır olan malzemelere süperiletken denir.
Yüzlerce malzemenin çok düşük sıcaklıklarda süperiletkene dönüştüğü bilinmektedir. Hepsi metal olan 27 kimyasal element, atmosfer basıncında, kendi kristalgrafik formlarında süperiletkenlerdir. Bunlar arasında yaygın olarak bilinenler Alüminyum, Kalay, Kurşun, Civa, Renyum, Lantan ve Proktantinyum yer alır. Bunlara ilave olarak metal, yarıiletken olan 11 kimyasal element düşük ısı ve yüksek basınç altında süperiletkendir. Uranyum, Seryum, Silikon ve Selenyumu bunlar arasında sayabiliriz. Bizmut kendi kristal-grafik formunda süperiletken olmamasına rağmen, çok düşük sıcaklıklarda düzenli duruma geçerek süperiletken süperiletken haline gelebilir. Krom, Manganez, Demir, Kobalt ve Nikel gibi magnetik elementlerin hiçbirinde süperiletkenlik görülmez.
Bilinen süperiletkenlerin birçoğu alaşım veya bileşiktir. Kendisini oluşturan kimyasal elementler süperiletken olmasa bile bir bileşiğin süperiletken olması mümkündür. Örnek olarak gümüş-florid ) ve bir karbon-potasyum bileşiği verilebilir. Kalay-Tellrid gibi bazı yarı iletken bileşikler uygun bir şekilde yabancı atomlarla yüklenirse süperiletken olabilirler.
Süperiletkenliğin iki belirleyici özelliği vardır. Maddenin içindeki elektrik akışı, maddenin yapısını oluşturan iyon örgüleriyle çarpışması sonucu engellenir. Buna maddenin direnci adı verilir. Böyle bir madde süperiletken duruma geldiğinde, bu direnç sıfıra iner. Süperiletken durumda maddenin örgüsü, elektronları engellemek yerine, onların hareketine destek olur. Bunun uygulamadaki anlamı süperiletken bir devrede elektrik akımının ilke olarak kayıpsız akacağıdır.
Süperiletkenlerin sıfır direnç göstermelerinin yanı sıra yakınlarında bulunan herhangi bir manyetik alanı dışlamaları da ayırdedici bir özellikleridir. Örneğin bir mıknatıs kritik sıcaklığın (süperiletkenliğe geçiş sıcaklığı) altında bulunan bir süperiletkeni sanki ters kutuplu bir mıknatısmış gibi iter. Ancak kritik sıcaklığının üstünde aynı süperiletken madde herhangi (mıknatıs olmayan) bir iletken gibi davranır. Yani mıknatısın süperiletken üzerinde bir etkisi gözükmez.
Elektrik iletimiyle ilgili tüm uygulamalar için idealdirler. Bunun yanı sıra süperiletkenler büyük miktarda akımda taşıyabilirler. Küçük süperiletken bobinli mıknatıslar çok fazla enerji tüketmeden güçlü manyetik alanlar yaratabilirler. Bu gibi mıknatıslar, manyetik alan sayesinde havada giden trenlerin yapımını sağlayabilirler, hızlandırıcı tünellerde ve nükleer manyetik rezonans tarayıcılarında parçacık saptırıcısı olarak kullanılabilirler. Ayrıca elektrik üretiminde kullanılan senkron jeneratörlerde kullanımıyla üretimde verimin artmasına, boyutların küçülmesine neden olurlar
Süperiletkenlik sadece kritik sıcaklık, kritik akım ve kritik magnetik alanda mevcut olur.
Bir süperiletken düşük sıcaklıklara soğutulduğunda iki farklı özellik gösterirler; elektrik akımlarına hiçbir dirençleri yoktur, magnetik alanları hariç tutarlar.

Sıfır Rezistans:
Aşağıdaki grafik bir süperiletken için tipik bir özdirenç şeklini gösterir. Yüksek sıcaklıklarda, sıcaklık soğudukça özdirenç yavaş yavaş düşer. Daha sonra aniden, kritik sıcaklık olarak adlandırılan bir sıcaklıkta, bir anda hemen hemen sıfıra düşer. ’nin altında süperiletkendir ve akımlar üzerinden rezistanssız geçer.

Bu nasıl mümkündür?
Süperiletkenliğin mikroskobik bir teorisi basit bir ifadeyle aşağıdaki gibidir. Bir metali, sert yaylar ile tutturulmuş gibi hareket eden pozitif iyonlar kafesi olarak düşünelim. Kafese doğru hareket eden tek elektronlar bir elektrik akımını oluşturur. Normal olarak elektronlar birbirlerini püskürtürler ve kafes tarafından saçılırlar, yani hareketlerine karşı koyarlar.
Bir elektron kafes içerisindeki pozitif iyonlar yakınından geçerken etkilenir ve kafese doğru yavaş yavaş hareket eder. Geçtikten sonra, elektronlar asıl pozisyonlarına hızlıca geri saçılırlar. Bazı maddeler ile, iyonlar düşük sıcaklıklara soğutulduklarında, asıl yerlerine hızlı bir şekilde geri saçılmazlar ve geçici pozitif yüklü bir lokal bölge oluştururlar. Geçip giden ikinci bir elektron bu pozitif bölgeye doğru etkilenir ve ilk elektronu izler. Etkili bir şekilde, iki elektron birlikte hareket eder, ve bir çift olarak iyon kafesi baştan başa geçerler. Bir çift olarak hareket ederken dağılmazlar ve kafesten küçük bir rezistansa karşılaşırlar, yani madde sıfır rezistansa sahiptir.

Kritik Akım:
Eğer bazı magnetik akı çizgileri ( akımın kendi alanından ve ya dış alandan) içeren bir süperiletkenden akım geçirirseniz, akı çizgileri üzerinde onları akımdan doğru açılarla uzağa iten Lorentz kuvveti olacaktır. Eğer akı çizgileri durdurulmazsa, hareketleri ısı üretecek ve enerji kaybolacaktır. Bu durumda süperiletken rezistif olarak davranır. Tüm uygulanabilir süperiletkenler, akı çizgilerini sabitleyen ve hareketlerini durdurmaya yardım eden yapısal eksiklikler içerir. Bu eksiklikler akı çizgilerini, kritik akım olarak adlandırılan kritik bir değere kadar, akımın varlığında sabitleştirir. Çoğu kez, kritik akım yoğunluğu, ( akımının süperiletken kesidine bölümüne eşittir), ve hesaplanan kritik akım yoğunluğu ’yi( akımının süperiletkenin toplam kesit alanına bölümüne eşittir) belirtmek yararlıdır.




Misafir
24 Mart 2010 17:37       Mesaj #2
Misafir - avatarı
Ziyaretçi
Süper iletken
Vikipedi, özgür ansiklopedi

Sponsorlu Bağlantılar
Süperiletkenler(Üstüniletkenler) , bazı element ve alaşımları belirli bir sıcaklık(Kritik sıcaklık:Tc) altına soğutulduklarında akımı direçle karşılamadan geçirerek elektriksel iletkenlikleri sonsuz olurken,başka bir özellik olarak da içlerindeki magnetik akıyı mükemmel bir diamanyetiklik özelliği göstererek dışarı itmeleridir. Bu diamanyetik özellik göstermeleri Meissner Olayı olarak tanımlanır.

Tarihi Gelişme Süreci Hollandalı fizikçi Heike Onnes 1908 yılında Helyum’u sıvı hale dönüştürmeyi başardı. Bu başarı 4,2 K’e kadar olan düşük sıcaklıklarda fiziksel özelliklerin araştırılmasını mümkün hale getirdi. Metallerin elektriksel dirençlerinin bu düşük sıcaklık bölgelerindeki değişimi yine ilk defa Onnes tarafından incelendi.Sıvı Helyum’un keşfinden 3 yıl sonra Kamerling Onnes, civa metalinde dc elektriksel direncin kritik sıcaklık (Tc) diye adlandırdığı sıcaklık ve altındaki sıcaklıklarda ölçülemeyecek kadar küçük bir değere düştüğünü gözlemledi.Bu heyecan verici gözlem süperiletkenliğin keşfi olarak bilinmektedir. Bu çalışmadan dolayı Kamerling Onnes 1913 yılında Nobel Fizik ödülünü kazandı . Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalarda başka elementlerin ve bileşiklerinde (1913 yılında kursunun (Pb) 7,2 K’de (Onnes, 1911), 1930 yılında niobyumun 9,2 K’de (Chapnik, 1930) süperiletken olduğu anlaşıldı. Süperiletkenliğin H. K. Onnes tarafından 1911 yılında kesfinden 1933 yılına kadar süperiletkenin bir ideal iletken olduğu yani sadece sıfır dirence sahip olduğu düsünülüyordu . Kusursuz diamagnetizma özelliği keşiften yaklaşık 22 yıl sonra W. Meissner ve R. Ochsenfeld tarafından gözlendi. Diyamanyetiklik, manyetik ters yönelmesi olarak ifade edilebilir. Manyetik alan yayılım frekansına göre moleküler çapta ters yönlenme eğilimi gösterirler. Bir mıknatısa yaklaştırıldığında kuzey kutbu gören maddenin yakın tarafı kuzey kutbu olarak yönelecektir. Su, bu yapıya sahip maddelerden biridir. Diamagnetizma özelliği, keşfedilen süperiletkenler için ortak bir özellik oluşturmaktadır. Bu özellik Meissner etkisi olarak bilinmekte olup, kritik sıcaklığın altındaki süperiletken bir malzemeye yüksek olmayan bir alan uygulandığında malzemenin bu manyetik alanı dışarlaması prensibidir .

1.1.Meissner Olayı W. Meissner ve R. Ochsenfeld tarafından 1933 yılında gözlemlenen bu etkide, manyetik alan içindeki bir süperiletken kritik geçiş sıcaklığına (Tc) kadar soğutulduğunda manyetik alan çizgileri süperiletkenin dışına itilir.Manyetik alanın bu şekilde dışarılanması Meissner etkisi olarak bilinir ve bu etki, bir süperiletkenin içinde B=0 olacak şekilde davrandığını gösterir. Manyetik alanın dışlanması, perdeleme akımları (shielding currents) olarak bilinen ve uygulanan manyetik alana eşit ve zıt yönde alan oluşturacak yönde süperiletken yüzeyinde akan elektrik akımından dolayı meydana gelir. Meissner etkisinin en iyi gösterimi levitasyon durumundaki kalıcı mıknatıs deneyidir.

1.1.a. Kalıcı Mıknatıs Deneyi Kritik sıcaklığın altına kadar soğutulmuş bir süperiletken maddeye üstten küçük, hafif fakat oldukça kuvvetli bir mıknatıs yaklaştırıldığında, mıknatısın süperiletken madde üzerinde kaldığı gözlenir.Mıknatıs süperiletkene yaklaştırıldığı zaman süperiletken madde üzerinde bir süperiletken akım meydana getirecektir.Manyetik alanın etkisiyle oluşan bu süperiletken akım dışarıdan uygulanan alana eşit fakat zıt yönde bir manyetik alan oluşturur.Süperiletken madde içerisinde oluşan bu manyetik alan da dışarıdan uygulanan manyetik alanın süperiletken madde içerisine girmesini engelleyecektir.Bu engelleme sonucu da süperiletken mıknatıs üzerinde havada kalacaktır.Bu olay madde süperiletken fazında kaldığı sürece devam edecektir.
14 Kasım 2017 00:44       Mesaj #3
nötrino - avatarı
VIP SiNiRLi-RUTİNE AYKIRI!

Süperiletkenlerin Magnetik Özelliği!


Süperiletkenlerin magnetik özellikleri en az elektriksel özellikleri kadar şaşırtıcıdır. İlgili magnetik özelliklerin bir bölümü doğrudan elektrik özelliğinden kaynaklanır. Dirençleri sıfır olduğundan süperiletkenler içinde elektriksel alan daima sıfırdır (Aksi takdirde akım sonsuz olurdu). Faraday yasasına göre magnetik alandaki bir değişmenin elektrik alanı oluşturduğu bilinmektedir. Bu bağlamda elektrik alan sıfır olduğuna göre B değişmez, yani süperiletken içinde magnetik alan sabit olmalıdır.

Bir süperiletken magnetik alan olmayan (B=0) bölgeye koyulup, yanına bir mıknatıs getirildiğinde başlangıçta süperiletken içinde B magnetik alanı sıfır olduğuna göre B yine sıfır olmalıdır. İlgili durumun nasıl sağlanacağı basitçe görülebilir. Faraday yasasına göre yaklaşan mıknatıs süperiletken içerisinde akımlar oluşturur ve bu akımların neden olduğu magnetik alan mıknatısın magnetik alanını sıfırlayacak büyüklük ve yönde olur.

Havada durma deneyi de bu yöntemle açıklanır. Bir süperiletkene yukarıdan bir mıknatıs yaklaştırıldığında süperiletken içinde oluşan akımların yol açtığı magnetik alan mıknatısı havada tutar. Süperiletkenin direnci olmadığından akımlar hiç azalmaz ve mıknatıs sürekli havada durur. Sıvı azot içerisinde tutulan yüksek sıcaklık süperiletkeni bir mıknatısı havada tutar. Söz konusu deney Faraday yasası ya da Meissner etkisi ile açıklanabilir.
14 Kasım 2017 23:25       Mesaj #4
nötrino - avatarı
VIP SiNiRLi-RUTİNE AYKIRI!

Süperiletkenlik!


Çoğu iletkenler beklenen davranışı gösterdikleri halde 1911 yılında Hollandalı fizikçi Kamerlingh Onnes bazı metallerin hiç beklenmedik bir davranış sergilediklerini keşfetti. Bu maddeler kritik sıcaklık denilen ve her madde için farklı bir Tc sıcaklığına kadar normal davrandıkları halde Tc'nin altında özdirençleri birden sıfır olmaktadır. Özdirencin tam sıfır olduğu ilgili durumda o maddenin süperiletken bir konumda olduğu söylenebilir. Bu tür bir maddeden yapılan bir devrede akım başlatıldıktan sonra hiçbir voltaj uygulanmadığı halde akım sonsuza kadar gider.

Bilinen süperiletkenler arasında birçok metal (kalay, alüminyum, kurşun, vb.) olup, bu metallerin kritik sıcaklıkları 10 K'nın altındadır. Diğer metalik bileşikler de (NbTi, PbMoS, vb.) yaklaşık 23 K sıcaklığın altında süperiletken olurlar. Direnci sıfır olan maddelerin teknolojide önemli uygulamaları olacağı açıktır. Mesela sıfır dirençli elektrik kablolarında ısısal kayıplar olmayacaktır. Süperiletken devreleri çok düşük sıcaklıklarda tutmak gerektiği için ilgili uygulamaların tümü çok özel ve pahalıdır.

Bu bağlamda 1986 yılında Bednorz ve Müller adlı fizikçiler kritik sıcaklığı daha yüksek olan süperiletken maddeleri keşfettiklerinde bilim dünyasına büyük ses getirdiler. Yüksek sıcaklık süperiletkenleri adı verilen bu maddeler bakır oksit düzlemlerden oluşan tabaka yapılı kristallerdir ve kritik sıcaklıkları 100 K civarındadır. Sıvı azot 77 K sıcaklıkta kaynadığı ve ucuz olduğundan , bu yeni süperiletkenler kolay ve ucuz bir biçimde süperiletken bir konumda tutulabilirler.

Yakın zamanlarda daha yüksek bir kritik sıcaklıkta süperiletkenler bulunması için çalışmalar yoğun bir biçimde devam etmektedir.
Şimdilik bu süperiletkenlerin uygulamaları ince filmler şeklinde olmuştur. Daha kalın kesitli tel biçiminde uygulamalar ise pratik bir özellik taşımamaktadır. Çünkü bu süperiletkenler çabuk kırılan bileşiklerdir ve küçük akımlarda bile süperiletken durum bozulmaktadır.


Hızlı Cevap
Mesaj:


Kaynak:

Bu sayfalarımıza baktınız mı
paneli aç