ધાતુઓની સુપરકન્ડક્ટિવિટી, હેઇક કેમરલિંગ-ઓન્સની શોધ

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટનાનો સામનો કરનાર પ્રથમ હેઇક કેમરલિંગ ઓન્સ - ડચ ભૌતિકશાસ્ત્રી અને રસાયણશાસ્ત્રી. ઘટનાની શોધનું વર્ષ 1911 હતું. અને પહેલેથી જ 1913 માં, વૈજ્ઞાનિકને તેમના સંશોધન માટે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર પ્રાપ્ત થશે.

અલ્ટ્રા-નીચા તાપમાને પારાના વિદ્યુત પ્રતિકારનો અભ્યાસ હાથ ધરીને, તે નિર્ધારિત કરવા માંગતો હતો કે જો કોઈ પદાર્થને અશુદ્ધિઓથી સાફ કરવામાં આવે તો તે પદાર્થનો ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ સામે પ્રતિકાર કયા સ્તરે ઘટી શકે છે, અને શક્ય તેટલું ઓછું કરવા માટે શું થઈ શકે છે. કહેવાય છે. "થર્મલ અવાજ", એટલે કે, આ પદાર્થોનું તાપમાન ઓછું કરવા માટે. પરિણામો અણધાર્યા અને આશ્ચર્યજનક હતા. 4.15 કે ની નીચે તાપમાને, પારોનો પ્રતિકાર અચાનક સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ ગયો!

નીચે ઓનેસે શું જોયું તેનો ગ્રાફ છે.

તે દિવસોમાં, વિજ્ઞાન પહેલેથી જ ઓછામાં ઓછું એટલું જાણતું હતું ધાતુઓમાં વર્તમાન એ ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ છે, જે તેમના અણુઓથી અલગ પડે છે અને ચાર્જ્ડ ગેસની જેમ, ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે.જ્યારે હવા ઉચ્ચ દબાણવાળા વિસ્તારમાંથી નીચા દબાણવાળા વિસ્તારમાં જાય છે ત્યારે તે પવન જેવું છે. માત્ર હવે, વર્તમાનના કિસ્સામાં, હવાને બદલે, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન છે, અને વાયરના છેડા વચ્ચેનો સંભવિત તફાવત હવાના ઉદાહરણ માટે દબાણના તફાવત સાથે સમાન છે.

ડાઇલેક્ટ્રિક્સમાં, આ અશક્ય છે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓ સાથે ચુસ્તપણે બંધાયેલા છે અને તેમને તેમની જગ્યાએથી ફાડવું ખૂબ મુશ્કેલ છે. અને તેમ છતાં ધાતુઓમાં વર્તમાનની રચના કરતા ઈલેક્ટ્રોન પ્રમાણમાં મુક્ત રીતે આગળ વધે છે, તેઓ ક્યારેક-ક્યારેક કંપતા અણુઓના રૂપમાં અવરોધો સાથે અથડાય છે અને એક પ્રકારનું ઘર્ષણ થાય છે જેને કહેવાય છે. વિદ્યુત પ્રતિકાર.

પરંતુ જ્યારે અતિ-નીચા તાપમાને તે પોતાને પ્રગટ કરવાનું શરૂ કરે છે સુપરવાહકતા, કોઈ કારણસર ઘર્ષણની અસર અદૃશ્ય થઈ જાય છે, વાહકનો પ્રતિકાર શૂન્ય થઈ જાય છે, જેનો અર્થ છે કે ઈલેક્ટ્રોન સંપૂર્ણપણે મુક્તપણે, અવરોધ વિના આગળ વધે છે. પરંતુ આ કેવી રીતે શક્ય છે?

આ પ્રશ્નનો જવાબ શોધવા માટે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ સંશોધન કરવામાં દાયકાઓ વિતાવ્યા છે. અને આજે પણ, સામાન્ય વાયરને "સામાન્ય" વાયર કહેવામાં આવે છે, જ્યારે શૂન્ય પ્રતિકારની સ્થિતિમાં વાહકને "સુપરકન્ડક્ટર" કહેવામાં આવે છે.

એ નોંધવું જોઈએ કે સામાન્ય વાહક ઘટતા તાપમાન સાથે તેમનો પ્રતિકાર ઘટાડે છે, તેમ છતાં, તાંબુ, કેટલાક કેલ્વિન્સના તાપમાને પણ, સુપરકન્ડક્ટર બનતું નથી, અને પારો, સીસું અને એલ્યુમિનિયમ કરે છે, તેમનો પ્રતિકાર ઓછામાં ઓછો સો ટ્રિલિયન થાય છે. સમાન પરિસ્થિતિઓમાં તાંબા કરતાં ગણી ઓછી છે.

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે ઓનેસે બિનસલાહભર્યા દાવા કર્યા ન હતા કે પ્રવાહ પસાર થવા દરમિયાન પારોનો પ્રતિકાર બરાબર શૂન્ય થઈ ગયો હતો, અને તે એટલું ઘટ્યું ન હતું કે તે સમયના સાધનો સાથે તેને માપવાનું અશક્ય બની ગયું હતું.

તેમણે એક પ્રયોગ સેટ કર્યો જેમાં પ્રવાહી હિલીયમમાં ડૂબેલા સુપરકન્ડક્ટીંગ કોઇલમાં વર્તમાન જનીની બાષ્પીભવન થાય ત્યાં સુધી આખા ભાગમાં ફરતું રહે છે. કોઇલના ચુંબકીય ક્ષેત્રને અનુસરતી હોકાયંત્રની સોય બિલકુલ વિચલિત થઈ ન હતી! 1950 માં, આ પ્રકારનો વધુ સચોટ પ્રયોગ દોઢ વર્ષ ચાલશે, અને આટલો લાંબો સમય હોવા છતાં વર્તમાન કોઈપણ રીતે ઘટશે નહીં.

શરૂઆતમાં, તે જાણીતું છે કે ધાતુનો વિદ્યુત પ્રતિકાર તાપમાન પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે, તમે કોપર માટે આવા ગ્રાફ બનાવી શકો છો.

તાપમાન જેટલું ઊંચું છે, તેટલા વધુ અણુઓ વાઇબ્રેટ થાય છે. પરમાણુ જેટલા વધુ વાઇબ્રેટ થાય છે, તેટલો વધુ મહત્વનો અવરોધ બની જાય છે જે ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ રચે છે. જો ધાતુનું તાપમાન ઘટશે, તો તેનો પ્રતિકાર ઘટશે અને ચોક્કસ અવશેષ પ્રતિકાર R0 નો સંપર્ક કરશે. અને આ શેષ પ્રતિકાર, જેમ તે બહાર આવ્યું છે, તે નમૂનાની રચના અને "સંપૂર્ણતા" પર આધારિત છે.

હકીકત એ છે કે ધાતુના બનેલા કોઈપણ નમૂનામાં ખામી અને અશુદ્ધિઓ જોવા મળે છે. આ અવલંબન 1911 માં સૌથી વધુ રસ ધરાવતું હતું, શરૂઆતમાં તેણે સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટે પ્રયત્ન કર્યો ન હતો, પરંતુ માત્ર તેના અવશેષ પ્રતિકારને ઘટાડવા માટે શક્ય તેટલી કંડક્ટરની આવર્તન પ્રાપ્ત કરવા માંગતો હતો.

તે વર્ષોમાં, પારાને શુદ્ધ કરવું સરળ હતું, તેથી સંશોધક આકસ્મિક રીતે તેની સામે આવ્યા, હકીકત એ છે કે પ્લેટિનમ, સોનું અને તાંબુ સામાન્ય તાપમાને પારો કરતાં વધુ સારા વાહક હોવા છતાં, તેમને શુદ્ધ કરવું વધુ મુશ્કેલ છે.

જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે, ત્યારે તાપમાન ચોક્કસ નિર્ણાયક સ્તરે પહોંચે છે ત્યારે ચોક્કસ ક્ષણે સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટ અચાનક થાય છે. આ તાપમાનને નિર્ણાયક કહેવામાં આવે છે, જ્યારે તાપમાન વધુ નીચું જાય છે, ત્યારે પ્રતિકાર ઝડપથી શૂન્ય થઈ જાય છે.

નમૂના જેટલો શુદ્ધ, તેટલો તીક્ષ્ણ ડ્રોપ, અને સૌથી શુદ્ધ નમૂનાઓમાં આ ડ્રોપ એક ડિગ્રીના સોમા ભાગ કરતાં ઓછા અંતરાલમાં થાય છે, પરંતુ નમૂના જેટલો વધુ પ્રદૂષિત છે, તેટલો લાંબો ઘટાડો અને દસ ડિગ્રી સુધી પહોંચે છે, આ ખાસ કરીને માં નોંધનીય છે ઉચ્ચ તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર.

નમૂનાનું નિર્ણાયક તાપમાન તીવ્ર ઘટાડા અંતરાલની મધ્યમાં માપવામાં આવે છે અને તે દરેક પદાર્થ માટે વ્યક્તિગત છે: પારો 4.15K માટે, નિઓબિયમ માટે, 9.2K માટે, એલ્યુમિનિયમ માટે, 1.18K, વગેરે. એલોય એ એક અલગ વાર્તા છે, તેમની સુપરકન્ડક્ટિવિટી ઓન્નેસ દ્વારા પાછળથી શોધી કાઢવામાં આવી હતી: સોના સાથેનો પારો અને ટીન સાથેનો પારો તેમણે શોધેલા પ્રથમ સુપરકન્ડક્ટિંગ એલોય હતા.

ઉપર જણાવ્યા મુજબ, વૈજ્ઞાનિકે પ્રવાહી હિલીયમ સાથે ઠંડકની કામગીરી કરી હતી. માર્ગ દ્વારા, ઓનેસે તેની પોતાની પદ્ધતિ અનુસાર પ્રવાહી હિલીયમ મેળવ્યું હતું, જે તેની પોતાની વિશેષ પ્રયોગશાળામાં વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેની સ્થાપના સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટનાની શોધના ત્રણ વર્ષ પહેલાં કરવામાં આવી હતી.

સુપરકન્ડક્ટિવિટીના ભૌતિકશાસ્ત્ર વિશે થોડું સમજવા માટે, જે નમૂનાના નિર્ણાયક તાપમાને થાય છે જેથી પ્રતિકાર શૂન્ય થઈ જાય, તેનો ઉલ્લેખ કરવો જોઈએ. તબક્કો સંક્રમણ… સામાન્ય સ્થિતિ, જ્યારે ધાતુમાં સામાન્ય વિદ્યુત પ્રતિકાર હોય છે, તે સામાન્ય તબક્કો છે. સુપરકન્ડક્ટીંગ તબક્કો - આ તે સ્થિતિ છે જ્યારે ધાતુમાં શૂન્ય પ્રતિકાર હોય છે. આ તબક્કાનું સંક્રમણ નિર્ણાયક તાપમાન પછી તરત જ થાય છે.

તબક્કા સંક્રમણ શા માટે થાય છે? પ્રારંભિક "સામાન્ય" સ્થિતિમાં, ઇલેક્ટ્રોન તેમના અણુઓમાં આરામદાયક હોય છે, અને જ્યારે આ સ્થિતિમાં વાયરમાંથી પ્રવાહ વહે છે, ત્યારે સ્ત્રોતની ઊર્જા કેટલાક ઇલેક્ટ્રોનને તેમના અણુઓને છોડી દેવા અને ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર સાથે આગળ વધવા માટે દબાણ કરવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે, તેમ છતાં તેમના માર્ગમાં ચમચમતા અવરોધોનો સામનો કરવો પડે છે.

જ્યારે વાયરને નિર્ણાયક તાપમાનથી નીચેના તાપમાને ઠંડુ કરવામાં આવે છે અને તે જ સમયે તેના દ્વારા પ્રવાહ સ્થાપિત થાય છે, ત્યારે આ પ્રવાહમાં ઈલેક્ટ્રોન (ઉર્જા અનુકૂળ, ઊર્જા સસ્તી) માટે વધુ અનુકૂળ બને છે અને મૂળ પર પાછા ફરવા માટે તે વધુ અનુકૂળ બને છે. "સામાન્ય" સ્થિતિ, આ કિસ્સામાં, તે ક્યાંકથી વધારાની ઊર્જા મેળવવા માટે જરૂરી હશે, પરંતુ તે ક્યાંયથી આવતી નથી. તેથી, સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિ એટલી સ્થિર છે કે જ્યાં સુધી તેને ફરીથી ગરમ કરવામાં ન આવે ત્યાં સુધી દ્રવ્ય તેને છોડી શકતું નથી.

આ પણ જુઓ:મીસ્નર અસર અને તેનો ઉપયોગ