సూపర్ కండక్టర్లు మరియు క్రయోకండక్టర్లు

సూపర్ కండక్టర్లు మరియు క్రయోకండక్టర్లు

తెలిసిన 27 స్వచ్ఛమైన లోహాలు మరియు వెయ్యికి పైగా విభిన్న మిశ్రమాలు మరియు సమ్మేళనాలు సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి మారడం సాధ్యమవుతుంది. వీటిలో స్వచ్ఛమైన లోహాలు, మిశ్రమాలు, ఇంటర్‌మెటాలిక్ సమ్మేళనాలు మరియు కొన్ని విద్యుద్వాహక పదార్థాలు ఉన్నాయి.

సూపర్ కండక్టర్స్

ఉష్ణోగ్రత పడిపోయినప్పుడు లోహాల నిర్దిష్ట విద్యుత్ నిరోధకత తగ్గుతుంది మరియు చాలా తక్కువ (క్రయోజెనిక్) ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, లోహాల విద్యుత్ వాహకత సంపూర్ణ సున్నాకి చేరుకుంటుంది.

1911లో, ఘనీభవించిన పాదరసం యొక్క రింగ్‌ను 4.2 K ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరుస్తున్నప్పుడు, డచ్ శాస్త్రవేత్త G. కమెర్లింగ్-ఒన్నెస్ రింగుల యొక్క విద్యుత్ నిరోధకత అకస్మాత్తుగా కొలవలేని అతి చిన్న విలువకు పడిపోయిందని కనుగొన్నారు. విద్యుత్ నిరోధకత అటువంటి అదృశ్యం, అనగా. ఒక పదార్థంలో అనంతమైన వాహకత కనిపించడాన్ని సూపర్ కండక్టివిటీ అంటారు.

తగినంత తక్కువ ఉష్ణోగ్రత స్థాయికి చల్లబడినప్పుడు సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి వెళ్ళే సామర్థ్యం ఉన్న పదార్థాలను సూపర్ కండక్టర్స్ అని పిలవడం ప్రారంభించారు.సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి పదార్థం పరివర్తన చెందే క్లిష్టమైన శీతలీకరణ ఉష్ణోగ్రతను సూపర్ కండక్టింగ్ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత లేదా క్లిష్టమైన పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tcr అంటారు.

సూపర్ కండక్టింగ్ ట్రాన్సిషన్ రివర్సబుల్. ఉష్ణోగ్రత Tcకి పెరిగినప్పుడు, పదార్థం దాని సాధారణ (నాన్-కండక్టింగ్) స్థితికి తిరిగి వస్తుంది.

సూపర్ కండక్టర్ల లక్షణం ఏమిటంటే, సూపర్ కండక్టింగ్ సర్క్యూట్‌లో ఒకసారి ప్రేరేపించబడినప్పుడు, విద్యుత్ ప్రవాహం దాని బలం గణనీయంగా తగ్గకుండా మరియు బయట నుండి అదనపు శక్తి సరఫరా లేకుండా ఈ సర్క్యూట్‌లో చాలా కాలం (సంవత్సరాలు) తిరుగుతుంది. శాశ్వత అయస్కాంతం వలె, అటువంటి సర్క్యూట్ పరిసర స్థలంలో సృష్టిస్తుంది అయిస్కాంత క్షేత్రం.

1933లో, జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు V. మీస్నర్ మరియు R. ఆక్సెన్‌ఫెల్డ్‌లు సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి పరివర్తన సమయంలో సూపర్ కండక్టర్‌లు ఆదర్శవంతమైన డయామాగ్నెట్‌లుగా మారుతాయని నిర్ధారించారు. కాబట్టి, బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం సూపర్ కండక్టింగ్ బాడీలోకి ప్రవేశించదు. ఒక సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి పదార్థం యొక్క పరివర్తన అయస్కాంత క్షేత్రంలో సంభవించినట్లయితే, అప్పుడు క్షేత్రం సూపర్ కండక్టర్ నుండి "నెట్టబడుతుంది".

తెలిసిన సూపర్ కండక్టర్లు చాలా తక్కువ క్లిష్టమైన పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతలు Tc కలిగి ఉంటాయి. అందువల్ల, వారు సూపర్ కండక్టర్లను ఉపయోగించే పరికరాలు తప్పనిసరిగా ద్రవ హీలియం శీతలీకరణ పరిస్థితులలో పనిచేయాలి (సాధారణ పీడనం వద్ద హీలియం యొక్క ద్రవీకరణ ఉష్ణోగ్రత సుమారు 4.2 DA SE). ఇది సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థాల తయారీ మరియు ఆపరేటింగ్ వ్యయాన్ని క్లిష్టతరం చేస్తుంది మరియు పెంచుతుంది.

పాదరసంతో పాటు, ఇతర స్వచ్ఛమైన లోహాలు (రసాయన మూలకాలు) మరియు వివిధ మిశ్రమాలు మరియు రసాయన సమ్మేళనాలలో సూపర్ కండక్టివిటీ అంతర్లీనంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, వెండి మరియు రాగి వంటి చాలా లోహాల వద్ద, పరిస్థితి విఫలమైతే, ప్రస్తుతానికి చేరుకున్న తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు సూపర్ కండక్టింగ్‌గా మారుతాయి.

సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయాన్ని ఉపయోగించే అవకాశాలు Tc యొక్క సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి పరివర్తన యొక్క ఉష్ణోగ్రత మరియు అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క క్లిష్టమైన బలం ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి.

సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థాలు మృదువైన మరియు కఠినమైనవిగా విభజించబడ్డాయి. మృదువైన సూపర్ కండక్టర్లలో నియోబియం, వెనాడియం, టెల్లూరియం మినహా స్వచ్ఛమైన లోహాలు ఉంటాయి. మృదువైన సూపర్ కండక్టర్ల యొక్క ప్రధాన ప్రతికూలత క్లిష్టమైన అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క తక్కువ విలువ.

ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో, మృదువైన సూపర్ కండక్టర్లు ఉపయోగించబడవు, ఎందుకంటే వాటిలో సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి బలహీనమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలలో తక్కువ ప్రస్తుత సాంద్రతలలో ఇప్పటికే అదృశ్యమవుతుంది.

ఘన సూపర్ కండక్టర్లలో వక్రీకరించిన క్రిస్టల్ లాటిస్‌లతో కూడిన మిశ్రమాలు ఉంటాయి. అవి సాపేక్షంగా అధిక కరెంట్ సాంద్రతలు మరియు బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రాల వద్ద కూడా సూపర్ కండక్టివిటీని కలిగి ఉంటాయి.

ఘన సూపర్ కండక్టర్ల యొక్క లక్షణాలు ఈ శతాబ్దం మధ్యలో కనుగొనబడ్డాయి మరియు ఇప్పటి వరకు వాటి పరిశోధన మరియు అప్లికేషన్ యొక్క సమస్య ఆధునిక శాస్త్ర మరియు సాంకేతికత యొక్క అతి ముఖ్యమైన సమస్యలలో ఒకటి.

ఘన సూపర్ కండక్టర్లకు అనేక విధులు ఉన్నాయి:

• శీతలీకరణపై, సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి మార్పు అకస్మాత్తుగా జరగదు, మృదువైన సూపర్ కండక్టర్లలో మరియు ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత విరామం కోసం;

• కొన్ని ఘన సూపర్ కండక్టర్లు సాపేక్షంగా అధిక విలువలు క్రిటికల్ ట్రాన్సిషన్ ఉష్ణోగ్రత Tc మాత్రమే కాకుండా, సాపేక్షంగా అధిక విలువలు క్రిటికల్ మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ Vkr;

• అయస్కాంత ప్రేరణలో మార్పులలో, సూపర్ కండక్టింగ్ మరియు సాధారణ మధ్య ఇంటర్మీడియట్ స్థితులను గమనించవచ్చు;

• వాటి ద్వారా ప్రత్యామ్నాయ ప్రవాహాన్ని ప్రవహిస్తున్నప్పుడు శక్తిని వెదజల్లే ధోరణిని కలిగి ఉండండి;

• ఉత్పత్తి యొక్క సాంకేతిక పద్ధతులు, పదార్థ స్వచ్ఛత మరియు దాని క్రిస్టల్ నిర్మాణం యొక్క పరిపూర్ణత నుండి సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క వ్యసనపరుడైన లక్షణాలు.

సాంకేతిక లక్షణాల ప్రకారం, ఘన సూపర్ కండక్టర్లు క్రింది రకాలుగా విభజించబడ్డాయి:

• సాపేక్షంగా సులభంగా వైకల్యం లేని వైర్ మరియు స్ట్రిప్స్ [నియోబియం, నియోబియం-టైటానియం మిశ్రమాలు (Nb-Ti), వెనాడియం-గాలియం (V-Ga)];

• పెళుసుదనం కారణంగా వైకల్యం చెందడం కష్టం, దీని నుండి ఉత్పత్తులు పౌడర్ మెటలర్జీ పద్ధతుల ద్వారా పొందబడతాయి (నియోబియం స్టానైడ్ Nb3Sn వంటి ఇంటర్‌మెటాలిక్ పదార్థాలు).

తరచుగా సూపర్ కండక్టింగ్ వైర్లు రాగి లేదా ఇతర అత్యంత వాహక పదార్థాలతో చేసిన "స్థిరీకరణ" కోశంతో కప్పబడి ఉంటాయి. విద్యుత్ మరియు మెటల్ యొక్క వేడి, ఇది ఉష్ణోగ్రతలో ప్రమాదవశాత్తూ పెరుగుదలతో సూపర్ కండక్టర్ యొక్క మూల పదార్థాన్ని దెబ్బతీయకుండా నివారించడం సాధ్యం చేస్తుంది.

కొన్ని సందర్భాల్లో, మిశ్రమ సూపర్ కండక్టింగ్ వైర్లు ఉపయోగించబడతాయి, దీనిలో పెద్ద సంఖ్యలో సూపర్ కండక్టింగ్ పదార్థం యొక్క సన్నని తంతువులు రాగి లేదా ఇతర నాన్-కండక్టింగ్ మెటీరియల్ యొక్క ఘన కోశంలో ఉంటాయి.

సూపర్ కండక్టింగ్ ఫిల్మ్ మెటీరియల్స్ ప్రత్యేక లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయి:

• క్లిష్టమైన పరివర్తన ఉష్ణోగ్రత Tcr కొన్ని సందర్భాల్లో గణనీయంగా Tcr బల్క్ మెటీరియల్‌లను మించిపోయింది;

• సూపర్ కండక్టర్ గుండా వెళ్ళే పరిమితి ప్రవాహాల యొక్క పెద్ద విలువలు;

• సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితికి పరివర్తన యొక్క తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పరిధి.

సృష్టించేటప్పుడు సూపర్ కండక్టర్లు ఉపయోగించబడతాయి: విద్యుత్ యంత్రాలు మరియు ట్రాన్స్ఫార్మర్లు చిన్న ద్రవ్యరాశి మరియు కొలతలు కలిగిన అధిక సామర్థ్య కారకంతో; ఎక్కువ దూరాలకు విద్యుత్ ప్రసారం కోసం పెద్ద కేబుల్ లైన్లు; ముఖ్యంగా తక్కువ అటెన్యుయేషన్ వేవ్‌గైడ్‌లు; శక్తి మరియు మెమరీ పరికరాలను డ్రైవ్ చేస్తుంది; ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని యొక్క అయస్కాంత కటకములు; ప్రింటెడ్ వైరింగ్‌తో ఇండక్టెన్స్ కాయిల్స్.

ఫిల్మ్ సూపర్ కండక్టర్ల ఆధారంగా అనేక నిల్వ పరికరాలు సృష్టించబడ్డాయి మరియు ఆటోమేషన్ అంశాలు మరియు కంప్యూటింగ్ టెక్నాలజీ.

సూపర్ కండక్టర్ల నుండి విద్యుదయస్కాంత కాయిల్స్ అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క గరిష్ట విలువలను పొందడం సాధ్యం చేస్తుంది.

క్రయోప్రోబ్స్

కొన్ని లోహాలు తక్కువ (క్రయోజెనిక్) ఉష్ణోగ్రతల వద్ద నిర్దిష్ట విద్యుత్ నిరోధకత p యొక్క చాలా చిన్న విలువను చేరుకోగలవు, ఇది సాధారణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద విద్యుత్ నిరోధకత కంటే వందల మరియు వేల రెట్లు తక్కువగా ఉంటుంది. ఈ లక్షణాలతో కూడిన పదార్థాలను క్రయోకండక్టర్స్ (హైపర్ కండక్టర్స్) అంటారు.

భౌతికంగా, క్రయోకండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయం సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయాన్ని పోలి ఉండదు. ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద క్రయోకండక్టర్లలో ప్రస్తుత సాంద్రత సాధారణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రస్తుత సాంద్రత కంటే వేల రెట్లు ఎక్కువ, ఇది విశ్వసనీయత మరియు పేలుడు భద్రత కోసం అధిక అవసరాలకు లోబడి ఉన్న అధిక-కరెంట్ ఎలక్ట్రికల్ పరికరాలలో వాటి వినియోగాన్ని నిర్ణయిస్తుంది.

విద్యుత్ యంత్రాలు, కేబుల్స్ మొదలైన వాటిలో క్రయోకండక్టర్ల అప్లికేషన్. సూపర్ కండక్టర్ల కంటే గణనీయమైన ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంది.

లిక్విడ్ హీలియంను సూపర్ కండక్టింగ్ పరికరాలలో ఉపయోగించినట్లయితే, క్రయోకండక్టర్ల ఆపరేషన్ అధిక మరిగే స్థానం మరియు చౌకైన రిఫ్రిజెరాంట్లు - ద్రవ హైడ్రోజన్ లేదా ద్రవ నత్రజని కారణంగా నిర్ధారిస్తుంది. ఇది పరికరం తయారీ మరియు నిర్వహణ ఖర్చును సులభతరం చేస్తుంది మరియు తగ్గిస్తుంది. ఏది ఏమయినప్పటికీ, ద్రవ హైడ్రోజన్‌ను ఉపయోగించినప్పుడు ఉత్పన్నమయ్యే సాంకేతిక ఇబ్బందులను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం అవసరం, భాగాలు ఒక నిర్దిష్ట నిష్పత్తిలో, గాలితో పేలుడు మిశ్రమం ఏర్పడుతుంది.

క్రయోప్రాసెసర్లు రాగి, అల్యూమినియం, వెండి, బంగారాన్ని ఉపయోగిస్తాయి.

మూల సమాచారం: "ఎలక్ట్రోమెటీరియల్స్" జురవ్లెవా L. V.