تفاوت بین مواد رسانا و ابررسانا چیست؟
93508#0
اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده دقیقاً صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا می‌کند؛ یعنی میدان مغناطیسی را از درون خود طرد می‌کند. طرد میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا در رسانای کامل انتظار می‌رود م میدان مغناطیسی ثابت بماند، در حالی که در ابررسانا میدان مغناطیسی همواره صفر است. مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم می‌شود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند می‌کند. به‌طوری‌که حتی در صفر مطلق هم نمونه‌های معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند. در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقهٔ ابررسانا می‌تواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. مانند پدیدهٔ فرومغناطیس و خطوط طیفی اتمها، ابررسانایی نیز پدیده‌ای کوانتومی است. هر چند یک تئوری جهانشمول برای اَبَررسانایی وجود ندارد؛ و نمی‌توان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.
ابررسانایی
13118#10
. اَبَررسانایی پدیده‌ای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ می‌دهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده صفر می‌شود و ماده خاصیت دیامغناطیسی کامل پیدا می‌کند، یعنی میدان مغناطیسی را دفع می‌کند. دفع میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا رسانای کامل میدان مغناطیسی را عبور می‌دهد (آن را دفع نمی‌کند).
مقاومت و رسانایی الکتریکی
93508#41
به‌طور مثال طلا و نقره رسانایی خوبی دارند، ولی چوب و پلاستیک رسانایی ندارند و موادی مانند سیلیسم و ژرمانیوم جزء نیمه رسانا می‌باشند که جریان الکترومغناطیسی و ترمودینامیکی روی اینها تأثیر جزئی می‌گذارند و در مقابل جریان رسانایی مقاومت وجود دارند که مانع انتقال جریان انرژی الکتریکی می‌شود. برای کم کردن مصرف انرژی و کارایی بالاتر و ارزانی وسایل باید دنبال موادی باشیم که مقاومت خیلی خیلی کمی در برابر جریان انرژی الکتریکی داشته باشند و تقریباً برابر مقاومت صفر باشند (ابر رسانا). در بعضی مواد وقتی به این حالت می‌رسیم که آن مواد در دمای ویژه‌ای قرار بگیرند که جریان دائماً در آن‌ها برقرار باشد.ابر رساناها از نظر رفتار فیزیکی به دو گروه تقسیم می‌شوند که بیشتر عناصر شامل گروه اول می‌شوند ولی آلیاژها و مقدار کمی از عناصر شامل گروه دوم می‌شوند. اختلاف گروه اول با گروه دوم در تعداد ناحیه و فواصل بین الکترون‌های آزاد می‌باشند؛ گروه اول دارای دو ناحیه و فاصله الکترون‌های آزاد آن کم می‌باشد؛ ولی گروه دوم دارای ۳ ناحیه هستند ولی فاصله الکترون‌های آزاد آن‌ها زیاد است.
ابررسانایی
5908454#1
از مزایای سیم ابررسانا نسبت به مس یا آلومینیوم می توان به بیشتر بودن حداکثر چگالی جریان الکتریکی و اتلاف توان صفر اشاره کرد. از معایب آن می‌توان هزینه سرد کردن سیم ها تا دمای ابررسانا (اغلب به مواد سرمازا مانند نیتروژن مایع یا هلیوم مایع نیاز است)، خطر خاموش شدن سیم (از دست دادن ناگهانی ابررسانایی)، خواص مکانیکی پایین برخی ابررساناها، و هزینه‌های ماده‌ی استفاده‌شده در سیم و ساخت آن را نام برد.
سیم ابررسانا
93508#4
یکی از راه‌های ابتدایی برای سنجش مقاومت الکتریکی مواد، قرار دادن آن‌ها در یک مدار به همراه یک منبع تغذیه و سپس اندازه‌گیری ولتاژ و آمپر و سنجش مقاومت از فرمول formula_1 است. اگر اختلاف پتانسیل صفر باشد، مقاومت رسانا در برابر جریان صفر است و آن ماده یک ابررسانا است. ابررساناها می‌توانند جریانی را بدون وجود ولتاژ عامل، حفظ کنند. خاصیتی که در آهنرباهای ابررسانا استفاده می‌شود که کاربرد وسیعی دارند. برای مثال از این آهنرباها در دستگاه MRI استفاده می‌شود. آزمایش‌های گوناگون نشان می‌دهد حلقه‌ای از ابررساناها می‌تواند برای سال‌ها جریان را بدون هیچ افت قابل اندازه‌گیری حفظ کند. آزمایش‌های عملی نیمه عمر جریان را در چنین مدارهایی بیش از صد هزار سال برآورد می‌کنند و به صورت تئوری جریان در حلقه‌ای ابررسانا، می‌تواند تا مدت زیادی باقی بماند مدتی که حتی از عمر جهان هم بیشتر خواهد بود! در رساناهای معمولی، جریان الکتریکی را می‌توان به صورت شار الکترون‌ها در یک شبکهٔ یونی تصویر کرد. الکترون‌ها در این حرکت به‌طور پیوسته در حال برخورد با شبکهٔ یونی هستند. در این برخوردها بخشی از انرژی الکترون توسط شبکهٔ یونی به گرما تبدیل می‌شود که در واقع همان انرژی جنبشی شبکهٔ یون است. در نتیجه بخشی از انرژی الکترون‌ها در واقع هدر می‌رود. این حالت را مقاومت الکتریکی می‌نامیم. اما وضع در ابررساناها به گونه‌ای دیگر است. در ابررساناهای معمول نمی‌توان جریان را به تک الکترون‌های جاری نسبت داد. در عوض می‌توان جریان را حاصل جفت الکترون‌های کوپر دانست که به هم وصل می‌شوند و با تعویض فونونهای خود، کاملاً در کنار هم می‌مانند. طبق نظریهٔ مکانیک کوانتومی طیف انرژی این جفت کوپر دارای حداقل سطح خاص است و از آن کمتر نمی‌تواند باشد. در نتیجه ΔE حاصل را که می‌توان آن را حداقل میزان انرژی جفت کوپر دانست، می‌تواند تنها دو حالت برای جفت کوپر و در نتیجه جریان پدیدآورد. یا مقدار ΔE از مقدار kT که انرژی شبکهٔ یونی است و در آن k ثابت بولتزمن و T هم دمای شبکه است؛ بیشتر است که در این حالت جریان توسط شبکهٔ یونی به هدر نمی‌رود و این یعنی جفت کوپر یک ابرشار را پدیدمی‌آورد که می‌تواند بدون افت انرژی از شبکهٔ یونی عبور کند.
ابررسانایی
13118#16
در زندگی امروزی اجسام رسانا نقش بسیار اساسی ایفا می‌کنند. به عنوان نمونه، می‌توان به سیم‌های انتقال اشاره کرد که به این وسیله جریان برق تولید شده در نیروگاه‌ها به شهرها و مناطق مسکونی منتقل می‌شود. البته اهمیت مواد رسانا تنها به این مورد خاص محدود نمی‌شود. اگر وسایل برقی خانگی را مورد توجه قرار دهیم و به مواد مختلف رسانا که در ساختمان آن بکار رفته‌است توجه کنیم، اهمیت این مواد بیشتر واضح خواهد بود.
مقاومت و رسانایی الکتریکی
93508#43
تفاوت بین ابر رساناهای سرامیکی و فلزی این است که برای سرد نگه داشتن ابر رساناهای سرامیکی می‌توان از نیتروژن مایع که ارزان و فراوان است استفاده نمود، در صورتی که در ابر رساناهای فلزی باید از هلیم مایع است استفاده کرد.
ابررسانایی
1265373#3
بیشتر ابررساناها از نیوبیوم-تیتانیم ساخته شده‌اند. این ماده دمای بحرانی ۱۰ کلوین دارد و می‌تواند تا ۱۵ تسلا ابررسانا بماند. آهنرباهای گرانتر از نیوبیم-قلع ساخته شده‌اند. دمای بحرانی این ابررسانا ۱۸ کلوین است و در دمای ۴٫۲ کلوین می‌توانند شدت میدان بسیار قوی تری را نسبت به دیگر ابررساناها پدید آورند (۲۵ تا ۳۰ تسلا). رشته‌ای کردن این ماده کمی دشوار است به همین دلیل گاهی آمیخته‌ای از نیوبیم و قلع برای بخش‌های میدان بالا و نیوبیم و تیتانیم برای میدان پایین بکار می‌رود. وانادیم-گالیم یک گونهٔ دیگر از مواد سازنده برای ساخت میدان‌های بالا است.
آهن‌ربای ابررسانا
201004#4
همان‌طور که از ظاهر امر برمی‌آید، خاصیت ابررسانایی در سرامیک‌ها و فلزات، سرشتی متفاوت دارند. سرامیک‌ها، نارسانا هستند و سپس به ابررسانا تبدیل می‌شوند. در حالی که فلزات رسانا هستند و ناگهان مقاومت در آن‌ها صفر می‌شود. دمای گذار به ابررسانایی هم در فلزات بسیار پایین‌تر از سرامیک‌ها است. به این ترتیب نظریه BCS دیگر قادر به توضیح ماهیت ابررسانایی در سرامیک‌ها یا ابررساناهای دمای بالا (High TC) نیستند. دانشمندان تاکنون نظریه‌ای رضایت بخش برای توضیح این پدیده نیافته‌اند و این مسئله یکی از مهم‌ترین مسائل حل نشدهٔ تاریخ فیزیک است.
ابررسانایی دمابالا
1265373#1
در هنگام کار، سیم پیچ‌های مغناطیسی باید تا دمایی پایین‌تر از دمای بحرانی خود سرد شوند. دمای بحرانی دمایی است که در آن مواد سیم پیچ از حالت مقاومت معمولی بیرون می‌روند و به یک ابررسانا دگرگون می‌شوند. در ساخت سیم پیچ بیشتر ابررساناها از هلیم مایع برای سردسازی بهره برده می‌شود. هر چه دما پایین‌تر باشد سیم پیچ ابررسانا بهتر کار می‌کند. چون مواد با گذر جریان‌های بالاتر و در نتیجه میدان‌های مغناطیسی قوی تر همچنان به عنوان ابررسانا کار می‌کنند و دیرتر از حالت ابررسانایی خود خارج می‌شوند. امروزه دانشمندان به دنبال ابررساناهای با دمای بالایند تا برای سردسازی تنها از نیتروژن مایع (با دمای جوش ۷۷ کلوین) استفاده کنند و ناچار به استفاده از هلیم مایع نشوند.
آهن‌ربای ابررسانا