లోహాల సూపర్ కండక్టివిటీ, హేకే కమెర్లింగ్-ఒన్నెస్ యొక్క ఆవిష్కరణ

సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయం అంతటా వచ్చిన మొదటిది హేకే కమెర్లింగ్ ఒన్నెస్ - డచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త మరియు రసాయన శాస్త్రవేత్త. దృగ్విషయం యొక్క ఆవిష్కరణ సంవత్సరం 1911. మరియు ఇప్పటికే 1913 లో, శాస్త్రవేత్త తన పరిశోధన కోసం భౌతిక శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని అందుకుంటాడు.

అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పాదరసం యొక్క విద్యుత్ నిరోధకతను అధ్యయనం చేస్తూ, మలినాలను శుభ్రం చేస్తే విద్యుత్ ప్రవాహానికి ఒక పదార్ధం యొక్క నిరోధకత ఏ స్థాయికి పడిపోతుందో మరియు సాధ్యమైనంతవరకు తగ్గించాలని అతను కోరుకున్నాడు. అని పిలిచారు. » ఉష్ణ శబ్దం «, అంటే, ఈ పదార్ధాల ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడానికి. ఫలితాలు ఊహించనివి మరియు ఆశ్చర్యపరిచేవి. 4.15 K కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, పాదరసం యొక్క ప్రతిఘటన అకస్మాత్తుగా పూర్తిగా అదృశ్యమైంది!

ఒన్నెస్ గమనించిన దాని యొక్క గ్రాఫ్ క్రింద ఉంది.

ఆ రోజుల్లో, శాస్త్రానికి కనీసం ఇంతకు ముందే తెలుసు లోహాలలో కరెంట్ అనేది ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవాహం, ఇవి వాటి పరమాణువుల నుండి వేరు చేయబడతాయి మరియు చార్జ్ చేయబడిన వాయువు వలె విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా దూరంగా ఉంటాయి.గాలి అధిక పీడనం ఉన్న ప్రాంతం నుండి అల్పపీడన ప్రాంతానికి వెళ్లినప్పుడు అది గాలిలా ఉంటుంది. ఇప్పుడు మాత్రమే, కరెంట్ విషయంలో, గాలికి బదులుగా, ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి మరియు వైర్ చివరల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం గాలి ఉదాహరణకి ఒత్తిడి వ్యత్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది.

విద్యుద్వాహకశాస్త్రంలో, ఇది అసాధ్యం, ఎందుకంటే ఎలక్ట్రాన్లు వాటి పరమాణువులకు గట్టిగా కట్టుబడి ఉంటాయి మరియు వాటి స్థలాల నుండి వాటిని కూల్చివేయడం చాలా కష్టం. మరియు లోహాలలో విద్యుత్తును ఏర్పరిచే ఎలక్ట్రాన్లు సాపేక్షంగా స్వేచ్ఛగా కదులుతున్నప్పటికీ, అవి అప్పుడప్పుడు వైబ్రేటింగ్ అణువుల రూపంలో అడ్డంకులను ఢీకొంటాయి మరియు ఒక రకమైన ఘర్షణ ఏర్పడుతుంది. విద్యుత్ నిరోధకత.

కానీ అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద అది మానిఫెస్ట్ ప్రారంభమవుతుంది సూపర్కండక్టివిటీ, ఘర్షణ ప్రభావం కొన్ని కారణాల వలన అదృశ్యమవుతుంది, కండక్టర్ యొక్క ప్రతిఘటన సున్నాకి పడిపోతుంది, అంటే ఎలక్ట్రాన్లు పూర్తిగా స్వేచ్ఛగా, అడ్డంకులు లేకుండా కదులుతాయి. అయితే ఇది ఎలా సాధ్యం?

ఈ ప్రశ్నకు సమాధానాన్ని కనుగొనడానికి, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు దశాబ్దాలుగా పరిశోధనలు చేశారు. మరియు నేటికీ, సాధారణ వైర్లను "సాధారణ" వైర్లు అంటారు జీరో రెసిస్టెన్స్ స్థితిలో ఉన్న కండక్టర్లను "సూపర్ కండక్టర్స్" అంటారు..

సాధారణ కండక్టర్లు ఉష్ణోగ్రత తగ్గడంతో వాటి నిరోధకతను తగ్గించినప్పటికీ, రాగి, అనేక కెల్విన్‌ల ఉష్ణోగ్రత వద్ద కూడా సూపర్ కండక్టర్‌గా మారదు మరియు పాదరసం, సీసం మరియు అల్యూమినియం చేస్తాను, వాటి నిరోధకత కనీసం వంద ట్రిలియన్‌లుగా మారుతుందని గమనించాలి. అదే పరిస్థితుల్లో రాగి కంటే రెట్లు తక్కువ.

కరెంట్ గడిచే సమయంలో పాదరసం యొక్క ప్రతిఘటన ఖచ్చితంగా సున్నాగా మారిందని మరియు ఆ సమయంలోని పరికరాలతో కొలవడం అసాధ్యం అయ్యేంతగా పడిపోలేదని ఒన్నెస్ నిరాధారమైన వాదనలు చేయలేదని గమనించాలి.

అతను ఒక ప్రయోగాన్ని ఏర్పాటు చేశాడు, దీనిలో లిక్విడ్ హీలియంలో మునిగిపోయిన సూపర్ కండక్టింగ్ కాయిల్‌లోని కరెంట్ జెనీ ఆవిరైపోయే వరకు అంతటా ప్రసరించడం కొనసాగించింది. కాయిల్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని అనుసరించిన దిక్సూచి సూది, అస్సలు వైదొలగలేదు! 1950 లో, ఈ రకమైన మరింత ఖచ్చితమైన ప్రయోగం ఒకటిన్నర సంవత్సరం పాటు కొనసాగుతుంది మరియు ఇంత సుదీర్ఘ కాలం ఉన్నప్పటికీ, కరెంట్ ఏ విధంగానూ తగ్గదు.

ప్రారంభంలో, ఒక మెటల్ యొక్క విద్యుత్ నిరోధకత ఉష్ణోగ్రతపై గణనీయంగా ఆధారపడి ఉంటుందని తెలిసింది, మీరు రాగి కోసం అటువంటి గ్రాఫ్ని నిర్మించవచ్చు.

అధిక ఉష్ణోగ్రత, పరమాణువులు కంపిస్తాయి.అణువులు ఎంత ఎక్కువగా కంపిస్తాయి, అవి విద్యుత్తును ఏర్పరుస్తున్న ఎలక్ట్రాన్ల మార్గంలో మరింత ముఖ్యమైన అడ్డంకిగా మారతాయి. లోహం యొక్క ఉష్ణోగ్రత తగ్గినట్లయితే, దాని నిరోధకత తగ్గుతుంది మరియు నిర్దిష్ట అవశేష నిరోధకత R0కి చేరుకుంటుంది. మరియు ఈ అవశేష నిరోధకత, అది ముగిసినట్లుగా, నమూనా యొక్క కూర్పు మరియు "పరిపూర్ణత" మీద ఆధారపడి ఉంటుంది.

వాస్తవం ఏమిటంటే, లోహంతో చేసిన ఏదైనా నమూనాలో లోపాలు మరియు మలినాలు కనిపిస్తాయి. ఈ ఆధారపడటం 1911లో అన్నింటికంటే ఎక్కువగా ఆసక్తి కలిగి ఉంది, ప్రారంభంలో అతను సూపర్ కండక్టివిటీ కోసం ప్రయత్నించలేదు, కానీ దాని అవశేష నిరోధకతను తగ్గించడానికి కండక్టర్ యొక్క అటువంటి ఫ్రీక్వెన్సీని మాత్రమే సాధించాలనుకున్నాడు.

ఆ సంవత్సరాల్లో, పాదరసం శుద్ధి చేయడం సులభం, కాబట్టి పరిశోధకుడు ప్రమాదవశాత్తు దానిని చూశాడు, సాధారణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పాదరసం కంటే ప్లాటినం, బంగారం మరియు రాగి మంచి కండక్టర్లు అయినప్పటికీ, వాటిని శుద్ధి చేయడం చాలా కష్టం.

ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, ఉష్ణోగ్రత ఒక నిర్దిష్ట క్లిష్టమైన స్థాయికి చేరుకున్నప్పుడు ఒక నిర్దిష్ట క్షణంలో సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి ఆకస్మికంగా సంభవిస్తుంది. ఈ ఉష్ణోగ్రతను క్లిష్టమైన అని పిలుస్తారు, ఉష్ణోగ్రత మరింత తక్కువగా పడిపోయినప్పుడు, ప్రతిఘటన తీవ్రంగా సున్నాకి పడిపోతుంది.

శాంపిల్ ఎంత స్వచ్ఛంగా ఉంటే, అంత పదును తగ్గుతుంది మరియు స్వచ్ఛమైన నమూనాలలో ఈ డ్రాప్ డిగ్రీలో వందవ వంతు కంటే తక్కువ వ్యవధిలో సంభవిస్తుంది, అయితే నమూనా ఎంత కలుషితమైతే అంత ఎక్కువ కాలం తగ్గుతుంది మరియు పదుల డిగ్రీలకు చేరుకుంటుంది, ఇది ప్రత్యేకించి గుర్తించదగినది అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లు.

నమూనా యొక్క క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత పదునైన డ్రాప్ విరామం మధ్యలో కొలుస్తారు మరియు ప్రతి పదార్ధానికి వ్యక్తిగతంగా ఉంటుంది: పాదరసం కోసం 4.15K, నియోబియం కోసం, 9.2K, అల్యూమినియం కోసం, 1.18K, మొదలైనవి. మిశ్రమాలు ఒక ప్రత్యేక కథ, వాటి సూపర్ కండక్టివిటీని ఒన్నెస్ తరువాత కనుగొన్నారు: బంగారంతో పాదరసం మరియు టిన్‌తో పాదరసం అతను కనుగొన్న మొదటి సూపర్ కండక్టింగ్ మిశ్రమాలు.

పైన చెప్పినట్లుగా, శాస్త్రవేత్త ద్రవ హీలియంతో శీతలీకరణను ప్రదర్శించాడు. మార్గం ద్వారా, ఒన్నెస్ తన స్వంత పద్ధతి ప్రకారం ద్రవ హీలియంను పొందాడు, తన స్వంత ప్రత్యేక ప్రయోగశాలలో అభివృద్ధి చేశాడు, సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క దృగ్విషయం యొక్క ఆవిష్కరణకు మూడు సంవత్సరాల ముందు స్థాపించబడింది.

నమూనా యొక్క క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత వద్ద సంభవించే సూపర్ కండక్టివిటీ యొక్క భౌతిక శాస్త్రం గురించి కొంచెం అర్థం చేసుకోవడానికి, ప్రతిఘటన సున్నాకి పడిపోతుంది, దీనిని పేర్కొనాలి దశ పరివర్తన… సాధారణ స్థితి, మెటల్ సాధారణ విద్యుత్ నిరోధకతను కలిగి ఉన్నప్పుడు, సాధారణ దశ. సూపర్ కండక్టింగ్ దశ - లోహం సున్నా నిరోధకతను కలిగి ఉన్న స్థితి ఇది. ఈ దశ పరివర్తన క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత తర్వాత వెంటనే జరుగుతుంది.

దశ పరివర్తన ఎందుకు జరుగుతుంది? ప్రారంభ "సాధారణ" స్థితిలో, ఎలక్ట్రాన్లు వాటి పరమాణువులలో సౌకర్యవంతంగా ఉంటాయి మరియు ఈ స్థితిలో తీగ ద్వారా విద్యుత్ ప్రవహించినప్పుడు, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు తమ పరమాణువులను విడిచిపెట్టి విద్యుత్ క్షేత్రం వెంట కదలడానికి బలవంతంగా మూలం యొక్క శక్తి ఖర్చు చేయబడుతుంది, వారి మార్గాల్లో మినుకుమినుకుమనే అడ్డంకులను ఎదుర్కొన్నప్పటికీ.

తీగను క్లిష్టమైన ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరిచినప్పుడు మరియు అదే సమయంలో దాని ద్వారా కరెంట్ ఏర్పడినప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్లు (శక్తి అనుకూలమైన, శక్తి చౌకైనవి) ఈ కరెంట్‌లో ఉండటానికి మరియు అసలు స్థితికి తిరిగి రావడానికి ఇది మరింత సౌకర్యవంతంగా మారుతుంది. "సాధారణ" స్థితి, ఈ సందర్భంలో, ఎక్కడి నుండి అదనపు శక్తిని పొందడం అవసరం, కానీ అది ఎక్కడి నుండి రాదు. అందువల్ల, సూపర్ కండక్టింగ్ స్థితి చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది, దానిని మళ్లీ వేడి చేస్తే తప్ప పదార్థం దానిని వదిలివేయదు.

ఇది కూడ చూడు:మీస్నర్ ప్రభావం మరియు దాని ఉపయోగం