التعريف بالموصلات فائقة التوصيل
تُعرف الموصلات فائقة التوصيل (بالإنجليزية: Superconductor) أو الموصلات الفائقة في الفيزياء بأنها مادة تحقق الموصلية الفائقة، أي أنها توصل التيار الكهربائي بشكل مثالي دون أي مقاومة كهربائية، حيث يمكن أن يستمر التيار الكهربائي بالسريان في الموصلات الفائقة إلى أجل غير محدد، ولكن، لا يمكن تحقيق الموصلية الفائقة إلا في درجات حرارة شديدة البرودة، مع الإشارة إلى أن الباحثين يحاولون في الوقت الحالي إيجاد وتطوير موصلات فائقة التوصيل تعمل في درجات حرارة أعلى، مما سيحدث ثورة في مجال نقل الطاقة وتخزينها.[١][٢][٣]
تتناقض خاصية انعدام المقاومة الكهربائية كليًا للموصلات فائقة التوصيل بشكل كبير مع الموصلات القياسية للكهرباء، مثل النحاس والألومنيوم، والتي تسخن عندما يمر التيار الكهربائي خلالها، مما يعني أنها تقاوم مرور التيار من خلالها بدرجات متفاوتة.
مُكتشف الموصلات فائقة التوصيل
يعود الفضل في اكتشاف الموصلية الفائقة للمواد إلى العالم الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينغ أونس (Heike Kamerlingh Onnes)، وذلك في عام 1911م، حيث كان أونس يدرس الخصائص الكهربائية للزئبق في مختبره بجامعة لايدن في هولندا عندما وجد أن المقاومة الكهربائية للزئبق اختفت تمامًا عندما خفض درجة الحرارة إلى أقل من 4.2 كلفن، أي 4.2 درجة مئوية فوق الصفر المطلق، ولتأكيد هذه النتيجة، طبق أونس تيارًا كهربائيًا على عينة من الزئبق فائق التبريد، ثم فصل البطارية، ووجد أن التيار الكهربائي استمر في السريان الزئبق، دون أن يتناقص، مما يؤكد عدم وجود مقاومة كهربائية مطلقًا.[١]
آلية عمل الموصلات فائقة التوصيل
عندما تنخفض درجة حرارة المعدن إلى ما دون درجة الحرارة الحرجة، تشكل الإلكترونات الموجودة فيه روابط تسمى أزواج كوبر، وعندنا تترابط بهذه الطريقة، لا تستطيع الإلكترونات إنشاء أي مقاومة كهربائية، مما يُمكن التيار الكهربائي من التدفق عبر المعدن بشكل مثالي، ومع ذلك، فإن هذا يحدث فقط في درجات حرارة منخفضة للغاية، أما عندما يصبح المعدن دافئًا جدًا؛ يصبح لدى الإلكترونات طاقة كافية لكسر روابط أزواج كوبر والعودة إلى إنشاء المقاومة، وهذا هو السبب في أن أونس، في تجاربه الأصلية، وجد أن الزئبق تصرف كموصل فائق عند 4.19 كلفن، ولكن ليس عند 4.2 كلفن.[١][٢]
أبرز تطبيقات الموصلات فائقة التوصيل العملية
تدخل الموصلات فائقة التوصيل على مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية، ومن أبرزها ما يأتي:[١][٣]
- آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
- التصوير بالرنين المغناطيسي النووي (NMRI).
- القطارات المغناطيسية فائقة السرعة التي تستخدم المغناطيس لرفع القطارات عن المسار لتقليل الاحتكاك.
- مفاعلات الاندماج النووي التجريبية.
- مختبرات مسرعات الجسيمات عالية الطاقة.
- المدافع الكهرومغناطيسية والبنادق.
- محطات قواعد الهواتف المحمولة، والدوائر الرقمية السريعة.
- أجهزة الكشف عن الجسيمات.
- أجهزة الكمبيوتر الكمومية.
يطمح العلماء إلى إيجاد طرق يمكن من خلالها جعل المعادن الموصلة تعمل كموصلات فائقة التوصيل في درجة حرارة الغرفة فقط.
المراجع
- ^ أ ب ت ث "What is a superconductor?", livescience, Retrieved 9/5/2023. Edited.
- ^ أ ب "How do superconductors work? A physicist explains what it means to have resistance-free electricity", theconversation, Retrieved 9/5/2023. Edited.
- ^ أ ب "DOE Explains...Superconductivity", energy, Retrieved 9/5/2023. Edited.
