Süper İletkenler ve Süper İletkenlik Hakkında | | Teknokoliker
Sadık Bozkurt 06 Ocak 2012 Bilim, Elektronik Dersleri Yorum yapılmamış
Fen bilimleri olan fizik ve kimyada sıkça duyduğumuz bir terim olan “kayıplar yok sayılacak” sözünü bilmeyen yoktur. Fakat kayıplar yok edilebilse ne kadar güzel olurdu. Bu sayede çok ciddi tasarruflar elde edilebilirdi. En büyük tasarrufa ihtiyaç duyduğumuz alanlardan biri de kuşkusuz enerji sektörüdür. Enerji özellikle gelişmemiş yada gelişmekte olan ülkeler için çok ciddi sorundur. Birde üstüne sürtünme ve iletken direnci gibi faktörlerden ötürü ortaya çıkan enerji kayıpları oldukça can sıkıyı oluyor. Fakat özellikle son yıllarda bilim insanlarının çok fazla üzerinde durduğu alanlardan biri de süper iletken maddeler ve süper iletkenlik konularıdır. Bu yazıda Peki süper iletkenliğin yer yüzünde gerçekleşe bilmesi mümkün mü? sorusunun cevabını bulmaya çalışacağız.
Bir maddenin, enerji iletkenliğin de, direncinin 0 (sıfır) olması durumuna, süper iletkenlik özelliği denilmektedir. Bu kuram ilk olarak 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes yaptığı çalışmalar sonucunda Helyum elementini sıvı hale dönüştürmeyi başarması sonucu süper iletkenlik tartışılmaya başlanmıştır. Sonrasında ise belirli şartlarda soğuttuğu Helyum elementinin direncinin sıfır olarak gözlemlemesi ile Helyumun süper iletken özellik gösterdiğini bulması ile önem kazanmıştır.
Daha sonra yapılan araştırmalarda süper iletken özellik gösteren başka elementler ve bileşenler bulunmuştur. Fakat bütün bu maddeler süper iletkenlik özelliğini düşük sıcaklıklarda kazana bilmektedir. Sonrasında süper iletken madde ısıtıldığında belli bir kritik sıcaklıkta direnci olan normal bir metale dönüşmektedir. Bundan dolayı bugüne kadar bulunan bütün süper iletkenlerin kritik sıcaklıkları sıfırın altında ve çok düşük olduğundan henüz ev ve iş yeri gibi ortamlarda kullanılamaz. Fakat dünya üzerinde bazı alanlarda kullanımı mümkündür.
Süper İletkenler Nasıl Çalışır?
Yukarıda bahsedildiği gibi süper iletken bir maddenin direnç değeri çok düşük ısıya maruz kaldığında sıfıra düşer. Bilim insanları süper iletken maddeler için bu teoriyi uygulamaya çalışıyor. Aslında teorik açıklamayı bu kadar sınırlı yapmak doğru olmaz. Çok fazla bilimsel olmasa da biraz daha ayrıntılı bir açıklama yapmak istiyorum. Süper iletkenlik teorisinin nasıl gerçekleştiğini anlamak için, Cooper çifti, BCS kuramını ve Meissner etkisi hakkında bilgi sahibi olmak gerekir. Bundan dolayı konuya bunlar hakkında teorik bilgi vererek devam edeceğim.
Elektronlar çok düşük ısı değerlerine maruz kaldıklarında iletken malzemenin içerisinde atomlar ile çarpışmadan hareket edebilme yeteneği kazanır. Bu hareket yeteneği sayesinde çarpışmanın etkisi ile ortaya çıkan ısı enerjisi ortadan kaldırılmış olur. Yani Cooper çiftleri oluşturarak ısı enerjisini yok etmek mümkündür. Isı enerjisi ile meydana gelen kayıp yok edilince doğal olarak iletken üzerinden geçen enerji miktarı sabit kalır.
Metal malzemelerde negatif yüklü elektronlar atom örgüsü içerisinden geçerken pozitif yüklü elektronlar ile etkileşim içerisine girerse Cooper Çiftleri adı verilen ikili yapılar oluşur. Bu yapı ile elektronlar iyonlar ile elektromanyetik bir yapı üzerinde hareket etmeye başlar. Bilindiği üzere atomlar üzerine metal elementlerde elektron yapıları oldukça zayıf bir şekilde bağlanır. Bu basit bağ etkisi ile elektronlar atomlar üzerinde serbestçe gezerek Cooper Çiftlerini oluşturur.
Bu ısı değişik metal ve seramikleri için farklıdır ve mutlak sıfır (-273 ºC) ile -196ºC arasında değişir.
Bu ısıları sağlamak kolay olmadığı için süper iletkenliğin kullanımı oldukça sınırlıdır.
Şu anda ancak sıvı azot gibi yardımcı soğutucular sayesinde süper iletkenlik sağlanabilmektedir.
Santrallerden şehirlere verimli enerji iletiminde, Güçlü mıknatıs isteyen uygulamalarda (Manyetik Rezonans, Maglev trenleri vs.), büyük miktarlarda enerjinin manyetik alan olarak depolanmasında, Mikro elektronikte istenmeyen ısının önlenmesinde olabilir. Ne yazık ki bilinen süper iletkenlerin çok düşük olan kritik sıcaklıkları, bu önemli uygulamaları gerçekleştirmemize engel olmaktadır.
Süper iletkenler kullanılarak daha hızlı ve küçük bilgisayarlar yapılabilir. Süper iletken ısı yaymadığından devreler daha yakın paketlenebilir. Sonuç, daha kompleks ve daha küçük hacime yerleştirilmiş hızlı devreler olacaktır. SC lerin bilgisayarda bir uygulaması yarı iletken araçları bağlamak için kullanılan SC bağlantı hatlarıdır.
Bilim adamları, transformatörlerin verimsiz çalışması nedeniyle elektrik güç nakli sırasında enerjinin 1/6 sının kaybedildiğini tahmin etmektedirler. Eğer transformatörlerde SC sarımlar kullanılsa verim artacak ve maliyet düşecektir.