ઉચ્ચ તાપમાનની સુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધ. તેલ અને ગેસનો મહાન જ્ઞાનકોશ

ચોક્કસ તાપમાનની નીચે, કેટલાક પદાર્થો ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના માર્ગને અવરોધિત કરવાની તેમની ક્ષમતા ગુમાવે છે. તેમની વિદ્યુત પ્રતિકાર શૂન્ય બની જાય છે. આ ગુણધર્મને સુપરકન્ડક્ટિવિટી કહેવાય છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધ

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના 1911 માં મળી આવી હતી. ડચ ભૌતિકશાસ્ત્રી હેઇક કેમરલિંગ ઓન્સ , તાપમાન પર ધાતુઓના વિદ્યુત પ્રતિકારની અવલંબનનું અન્વેષણ કરવું. તેમણે 1893માં અતિ-નીચા તાપમાનમાં રસ લેવાનું શરૂ કર્યું. અને 1908માં તેઓ પ્રવાહી હિલીયમ મેળવવામાં સફળ થયા. ધાતુના પારાને ઠંડુ કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરતી વખતે, તેને એ જાણીને આશ્ચર્ય થયું કે સંપૂર્ણ શૂન્યની નજીકના તાપમાને, પારાની વિદ્યુત પ્રતિકાર અચાનક શૂન્ય થઈ જાય છે.

તે સમયે અસ્તિત્વમાં છે તે મુજબ ભૌતિક સિદ્ધાંતો, જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે તેમ, પ્રતિકાર ધીમે ધીમે ઘટવો જોઈએ. પરંતુ એક દૃષ્ટિકોણ એવો પણ હતો કે ખૂબ જ નીચા તાપમાને ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ બંધ થઈ જશે, પ્રતિકાર વધશે, અને પદાર્થ સંપૂર્ણપણે ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહનું સંચાલન કરવાનું બંધ કરશે.

પ્રયોગની શરૂઆતમાં, બધું સિદ્ધાંત મુજબ થયું. ઘટતા તાપમાન સાથે, પારાના પ્રતિકારમાં ધીમે ધીમે ઘટાડો થયો. પરંતુ જ્યારે તાપમાન ઘટીને 4.15 કે, પારાએ અચાનક તેનો પ્રતિકાર ગુમાવી દીધો. તેણી સંપૂર્ણપણે નવા રાજ્યમાં ગઈ, જેને કહેવામાં આવે છે સુપરવાહકતા .

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની પ્રકૃતિ

જ્યારે ધાતુઓનું તાપમાન નિરપેક્ષ શૂન્યની નજીકના મૂલ્યો સુધી ઘટે છે ત્યારે શું થાય છે?

દરેક અણુમાં સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ અને ઇલેક્ટ્રોન હોય છે, જેમાં હોય છે નકારાત્મક ચાર્જ. ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણકક્ષામાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. ભ્રમણકક્ષા ન્યુક્લિયસની જેટલી નજીક છે, ઇલેક્ટ્રોન તેની તરફ આકર્ષિત થાય છે. બાહ્ય ભ્રમણકક્ષામાં સ્થિત ઇલેક્ટ્રોનને વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન કહેવામાં આવે છે. તેઓ સરળતાથી ન્યુક્લિયસથી દૂર થઈ જાય છે, તેમની ભ્રમણકક્ષા છોડી દે છે અને સ્ફટિક જાળીની અંદર મુક્તપણે ફરે છે. બાહ્ય પ્રભાવ હેઠળ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રતેમની હિલચાલ વ્યવસ્થિત બને છે, તેઓ એક દિશામાં આગળ વધવાનું શરૂ કરે છે. ધાતુમાં વિદ્યુત પ્રવાહ ઊભો થાય છે. જો કે, ઈલેક્ટ્રોનના માર્ગમાં ક્રિસ્ટલ લેટીસ ગાંઠો, તેમની ખામીઓ અથવા પદાર્થમાં રહેલા અશુદ્ધ અણુઓના સ્વરૂપમાં અવરોધો ઊભા થાય છે. તેથી, વર્તમાન માટે વિદ્યુત પ્રતિકાર થાય છે. જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે તેમ, અણુઓના થર્મલ સ્પંદનો સાથે સંકળાયેલ જાળીની રચનામાં વિક્ષેપ ઘટે છે. માળખું વધુ યોગ્ય બને છે. પરિણામે, પ્રતિકાર પણ ઘટે છે.

કહેવાય સિદ્ધાંતમાં સૂક્ષ્મ સ્તરે સુપરકન્ડક્ટિવિટી માટે સમજૂતી આપવામાં આવી હતી BCS તેના સર્જકોના સન્માનમાં - અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓજ્હોન બાર્ડીન, લિયોન કૂપર અને જ્હોન શ્રીફર . તેના પર આધારિત છે ઇલેક્ટ્રોનની કૂપર જોડી .

લિયોન નીલ કૂપર

સામાન્ય સ્થિતિમાં, ઇલેક્ટ્રોન ફર્મિઓન છે, અડધા પૂર્ણાંક સ્પિન સાથેના કણો છે, જેનું મૂલ્ય -1/2 અથવા +1/2 છે. દરેક ફર્મિઓન તેના પોતાના દ્વારા વર્ણવેલ છે તરંગ કાર્ય. તેઓ એકલા પણ આગળ વધે છે અને સ્વતંત્ર રીતે તેમના માર્ગમાં આવતા અવરોધોને દૂર કરે છે. પરંતુ અમુક શરતો હેઠળ તેઓ જોડી બનાવે છે. સ્પિન મૂલ્યો સાથેના ઇલેક્ટ્રોન +1/2 અને -1/2 ભેગા થાય છે અને રચાય છે બંધાયેલ રાજ્યજે કહેવાય છે કૂપર જોડી . આ જોડી શૂન્ય સ્પિન ધરાવે છે અને ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ બમણો કરે છે. અને તેના કુલ સ્પિન થી શૂન્ય બરાબર, તો તે બોઝોનના ગુણધર્મો ધરાવે છે. બોસોન્સ "બોસ કન્ડેન્સેટ" બનાવે છે જેમાં તમામ મુક્ત બોસોન જોડાય છે. તેઓ એક સંપૂર્ણ બની જાય છે, તેમના માર્ગમાં કોઈપણ અવરોધો પર પ્રતિક્રિયા આપ્યા વિના આગળ વધવામાં સક્ષમ છે. આ રીતે સુપરકન્ડક્ટીંગ કરંટ ઉદભવે છે.

જટિલ તાપમાન

તે બહાર આવ્યું છે કે સંપૂર્ણ શૂન્યની નજીકના તાપમાને માત્ર પારામાં જ સુપરકન્ડક્ટિવિટી નથી. આ ગુણધર્મ લીડ, ટીન, થેલિયમ, યુરેનિયમ અને અન્ય ધાતુઓમાં મળી આવ્યો હતો. જ્યારે કોઈ પદાર્થ ચોક્કસ તાપમાને ઠંડુ થાય છે ત્યારે સુપરકન્ડક્ટિવિટી અચાનક દેખાય છે. તાપમાન ટી એસ , જેના પર આ જમ્પ થાય છે તેને ક્રિટિકલ કહેવાય છે. સુપરકન્ડક્ટિવિટી ધરાવતા દરેક તત્વનું પોતાનું હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, નિઓબિયમ 9 K પર સુપરકન્ડક્ટિંગ અવસ્થામાં જાય છે અને ટંગસ્ટન 0.012 K પર જાય છે.

માત્ર શુદ્ધ ધાતુઓ જ નહીં, પણ કેટલાક એલોયમાં પણ સુપરકન્ડક્ટિવિટી હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોના અને ટીન સાથે પારાની એલોય. ત્યાં સુપરકન્ડક્ટિંગ એલોય પણ છે જેમાં તેની રચનામાં સમાવિષ્ટ તત્વોમાંથી એક સુપરકન્ડક્ટર ન હોઈ શકે.

જો સુપરકન્ડક્ટર રિંગને નિર્ણાયક તાપમાને ઠંડુ કરવામાં આવે છે અને તેમાં વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્તેજિત થાય છે, તો તે વર્તમાન સ્ત્રોતને દૂર કર્યા પછી પણ વહેશે અને જ્યાં સુધી રિંગમાં તાપમાન નિર્ણાયક કરતા નીચે જાળવવામાં આવશે. પરંતુ આ ફક્ત સતત ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રમાં થાય છે. વૈકલ્પિક વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં, જો વૈકલ્પિક પ્રવાહની આવર્તન વધે તો સુપરકન્ડક્ટરનો પ્રતિકાર વધે છે.

1983 - 1986 માં નવા સુપરકન્ડક્ટર બનાવવામાં આવ્યા હતા. આ સુપરકન્ડક્ટિંગ સિરામિક્સ, આયર્ન આધારિત સુપરકન્ડક્ટર વગેરે છે. તેમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી નિરપેક્ષ શૂન્યના તાપમાન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા તાપમાને જોવા મળે છે. 1993 માં, એક પદાર્થની શોધ થઈ જેનું નિર્ણાયક તાપમાન 135 કે.

Meissner અસર

1933 માં, જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી વોલ્ટર ફ્રિટ્ઝ મેઇસનેરે, અન્ય જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી રોબર્ટ ઓચેનફેલ્ડ સાથે મળીને, સુપરકન્ડક્ટર્સની બીજી અદ્ભુત અને મહત્વપૂર્ણ મિલકત શોધી કાઢી હતી - ચુંબકીય ક્ષેત્રને તેના જથ્થામાંથી બહાર ધકેલવું. આ ઘટના કહેવામાં આવી હતી Meissner અસર .

વોલ્ટર ફ્રિટ્ઝ Meissner

Meissner અસર 1945 માં હાથ ધરવામાં આવેલા પ્રયોગ દ્વારા સ્પષ્ટપણે દર્શાવવામાં આવી છે. રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રીવ્લાદિમીર કોન્સ્ટેન્ટિનોવિચ આર્કાદિયેવ.

આ પ્રયોગમાં કાયમી ચુંબક, સુપરકન્ડક્ટિંગ મેટલના બનેલા કપમાં લાવવામાં આવે છે, તેની ઉપરની જગ્યામાં અટકી જાય છે. કપનું નીચું તાપમાન એ હકીકતને કારણે જાળવવામાં આવે છે કે તેના પગ પ્રવાહી હિલીયમમાં ડૂબેલા છે. પરંતુ શા માટે ચુંબક કપ તરફ આકર્ષિત થતું નથી? હકીકત એ છે કે સુપરકન્ડક્ટરની અંદરનો અનડેમ્પ્ડ પ્રવાહ એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે, જેની દિશા ચુંબક દ્વારા બનાવેલ બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની દિશાની વિરુદ્ધ છે. આ ક્ષેત્ર બાહ્ય ક્ષેત્રને સંતુલિત કરે છે અને ભગાડે છે, જેના કારણે ચુંબક અવકાશમાં તરતું દેખાય છે. આ ઘટના કહેવામાં આવે છે ચુંબકીય લેવિટેશન.

જો તમે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં સુપરકન્ડક્ટર મૂકો છો અને આ ક્ષેત્રની મજબૂતાઈમાં વધારો કરો છો, તો પછી સમાન તીવ્રતાના ચોક્કસ મૂલ્ય પર એન એસ , સુપરકન્ડક્ટિવિટી અદૃશ્ય થઈ જાય છે. આવા ચુંબકીય ક્ષેત્રને નિર્ણાયક ક્ષેત્ર કહેવામાં આવે છે. જ્યારે ટેન્શન વધારે હોય છે એન એસ સુપરકન્ડક્ટર એક સામાન્ય વાહક બની જાય છે. સુપરકન્ડક્ટરનું તાપમાન જેટલું નીચું છે, તેટલી વધારે ફીલ્ડ સ્ટ્રેન્થ હોવી જોઈએ જે સુપરકન્ડક્ટિવિટીને નષ્ટ કરી શકે.

શુદ્ધ સુપરકન્ડક્ટર્સમાં, જેમાં એક પદાર્થનો સમાવેશ થાય છે, જ્યાં સુધી ચુંબકીય ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ ન પહોંચે ત્યાં સુધી ચુંબકીય ક્ષેત્રને બહાર ધકેલી દેવામાં આવશે. એન એસ . આવા સુપરકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે પ્રકાર I સુપરકન્ડક્ટર .

અને સુપરકન્ડક્ટીંગ એલોય માટે આવા બે મૂલ્યો છે: N s1 અને N s2 . જ્યારે બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્રની તાકાત પહોંચે છે N s1 , આ ક્ષેત્ર પહેલેથી જ સુપરકન્ડક્ટરની અંદર પ્રવેશવાનું શરૂ કરશે. પરંતુ તેની વિદ્યુત પ્રતિકાર હજુ પણ શૂન્ય રહે છે, અને સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના જોવા મળે છે. અને જ્યારે તાણ સમાન બને છે N s2 , સુપરકન્ડક્ટિવિટી સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ જશે. આવા સુપરકન્ડક્ટર કહેવામાં આવે છે પ્રકાર II સુપરકન્ડક્ટર .

સુપરકન્ડક્ટર્સની એપ્લિકેશનો

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધે વિજ્ઞાનમાં ક્રાંતિ લાવી. આનો ઉપયોગ કરવા માટેના ઘણા વિચારો તરત જ દેખાયા. અનન્ય ઘટનાટેકનોલોજીમાં.

અતિ-નીચા તાપમાને, વર્તમાન સુપરકન્ડક્ટરમાંથી વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ નુકશાન વિના પસાર થાય છે. તેથી, તેનો ઉપયોગ વિવિધ કેબલ, સ્વિચિંગ ઉપકરણો, ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ, ટર્બોજનરેટર, તાપમાન, દબાણ વગેરે માપવા માટેના સાધનો બનાવવા માટે થાય છે. તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ બનાવવા માટે આદર્શ છે. તેમની સહાયથી, ચુંબકીય રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ સ્કેનરમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર બનાવવામાં આવે છે. આ ડોકટરોને પેશીઓની ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી છબીઓ મેળવવા માટે પરવાનગી આપે છે આંતરિક અવયવોવ્યક્તિ દ્વારા કાપવામાં આવે છે, જો કે હકીકતમાં અંગને ઇજા થતી નથી.

સ્થાપનોમાં થર્મોન્યુક્લિયર ફ્યુઝન, મોટા એક્સિલરેટરમાં પ્રાથમિક કણોસુપરકન્ડક્ટીંગ કોઇલનો ઉપયોગ કરો.

સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબકના વિન્ડિંગ્સ, જે મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે, તે પ્રકાર II સુપરકન્ડક્ટરમાંથી બનાવવામાં આવે છે. સુપરકન્ડક્ટિંગ ચુંબક પરંપરાગત ફેરોમેગ્નેટ કરતાં વધુ આર્થિક છે.

2003માં જાપાનમાં મેગ્લેવ ટ્રેનનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. તેની હિલચાલ Meissner અસર (ચુંબકીય લેવિટેશન) ના ઉપયોગ પર આધારિત છે. રેલના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રને ટ્રેન સસ્પેન્શનમાં સ્થિત સુપરકન્ડક્ટર દ્વારા ભગાડવામાં આવે છે. અને ટ્રેન તેમને સ્પર્શ કર્યા વિના રેલ પર ઉડતી હોય તેવું લાગે છે. આ તેને વિમાનની ઝડપ સાથે સરખાવી શકાય તેવી પ્રચંડ ગતિ વિકસાવવા દે છે. અલબત્ત, આવી ટ્રેનોને ખાસ રેલની જરૂર પડે છે. પરંતુ તેઓ એરોપ્લેન કરતાં દસ ગણી ઓછી ઊર્જા ખર્ચે છે. જર્મની, ચીન અને દક્ષિણ કોરિયામાં પણ આવી જ ટ્રેનો બનાવવામાં આવી છે.

1908 માં લીડેન યુનિવર્સિટીમાં હેઇક કેમરલિંગ ઓન્સ દ્વારા હિલીયમને સૌપ્રથમ લિક્વિફાઇડ કરવામાં આવ્યું હતું અને ત્યારથી તેનો અભ્યાસ શક્ય બન્યો છે. ભૌતિક ઘટનાનિરપેક્ષ શૂન્ય ઉપર માત્ર થોડી ડિગ્રી તાપમાન પર (હિલીયમનું ઉત્કલન બિંદુ વાતાવરણીય દબાણ 4.2 કે).

સંશોધનના ક્ષેત્રોમાંનું એક તાપમાન પર ધાતુઓના પ્રતિકારની અવલંબન સાથે સંબંધિત છે. કામરલિંગ ઓનેસે પહેલાથી જ પ્રવાહી હવાના તાપમાન (લગભગ 80 K) સુધી ઘટતા તાપમાન પર સમાન અભ્યાસ હાથ ધર્યા છે.

ઘણી શુદ્ધ ધાતુઓ માટે તેને લગભગ મળી રેખીય અવલંબન, જો કે, તેમણે સ્થાપિત કર્યું કે આવી અવલંબન અનિશ્ચિત સમય સુધી ચાલુ રહી શકતી નથી, કારણ કે અન્યથા, સાથે સંપૂર્ણ શૂન્યપ્રતિકાર નકારાત્મક બની જશે. સર જેમ્સ ડેવરે કેમરલિંગ ઓનેસનું સંશોધન ચાલુ રાખ્યું અને પ્રવાહી હાઇડ્રોજન (20 કે) ના તાપમાન સુધી પહોંચ્યું અને તે બહાર આવ્યું કે ખરેખર પ્રતિકાર વધુ ધીમેથી ઘટવા લાગ્યો.

આ તે જ છે જેની અપેક્ષા રાખવામાં આવી હોવી જોઈએ, ફક્ત પહેલેથી જ ઉલ્લેખિત કારણોસર જ નહીં, પણ તે સમયે સ્વીકૃત ધાતુઓ અને તેમના ગુણધર્મો વિશેના વિચારોના આધારે પણ.

એવું માનવામાં આવતું હતું વિદ્યુત વાહકતાઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવે છે, અને મેટલ અણુઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અથડામણના પરિણામે પ્રતિકાર ઉદ્ભવે છે.

પ્રતિકારમાં ઘટાડાનો રેખીય સ્વભાવ ઘટતા તાપમાન સાથે ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલમાં અપેક્ષિત ફેરફાર સાથે તદ્દન સુસંગત હતો. જો કે, તે અપેક્ષિત હતું કે પૂરતા પ્રમાણમાં નીચા તાપમાને ઇલેક્ટ્રોન અણુઓ પર "ઘનીકરણ" કરશે, પછી અમુક તાપમાને પ્રતિકાર ન્યૂનતમ હોવો જોઈએ, અને પછી ધાતુ ઇન્સ્યુલેટર બનવું જોઈએ.

વાસ્તવિકતામાં જોવા મળેલી ધાતુઓની વર્તણૂક ધારણા કરતા તીવ્ર રીતે અલગ હતી. કેમરલિંગ ઓનેસે શોધ્યું કે જેમ જેમ તાપમાન ઘટે છે તેમ તેમ મોટાભાગની ધાતુઓની પ્રતિકારકતા વધી જાય છે સતત મૂલ્ય, જ્યારે કેટલીક ધાતુઓ માટે તે ચોક્કસ લાક્ષણિક તાપમાને સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થઈ જાય છે, જે તે બહાર આવ્યું છે, તે ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિ પર આધારિત છે. આ પ્રયોગો એવા કાર્યોમાં સામેલ છે જેના માટે 1913માં કેમરલિંગ ઓનેસને સન્માન આપવામાં આવ્યું હતું. નોબેલ પુરસ્કારભૌતિકશાસ્ત્રમાં

બે દાયકાથી વધુ સમય માટે, તે પ્રતિકારની અદ્રશ્યતા હતી જે સુપરકન્ડક્ટિવિટીનું મુખ્ય, વિશિષ્ટ લક્ષણ માનવામાં આવતું હતું. જો કે, આ ઘટનાની કેટલીક વિશેષતાઓએ વૈજ્ઞાનિકોને મૂંઝવણમાં મૂક્યા છે.

તેથી, જો ચુંબકીય ક્ષેત્ર સામાન્ય વાહક (લોહચુંબક નહીં) પર લાગુ કરવામાં આવે છે, તો ચુંબકીય પ્રવાહનો ભાગ કંડક્ટરની જાડાઈમાંથી પસાર થાય છે. જો તમે તેને આદર્શ વાહક પર લાગુ કરો છો, તો પછીના ભાગમાં સપાટીના પ્રવાહો પ્રેરિત થાય છે, જે કંડક્ટરની અંદર એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે જે લાગુ બાહ્ય ક્ષેત્રને સંપૂર્ણપણે વળતર આપે છે, અને તેથી કંડક્ટરની અંદર શૂન્ય ચુંબકીય પ્રવાહ મૂલ્ય જાળવી રાખે છે.

આનો અર્થ એ થયો કે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં વાહકની સ્થિતિ આ સ્થિતિ કેવી રીતે પ્રાપ્ત થઈ તેના પર આધાર રાખે છે - એક પરિસ્થિતિ ઉચ્ચતમ ડિગ્રીઅપ્રિય

પાછળથી, 1933 માં, ડબલ્યુ. મેઇસનર, આર. ઓચેનફેલ્ડ અને એફ. હેડનરીચે બતાવ્યું કે ધાતુ, સુપરકન્ડક્ટર બનીને, જ્યારે નમૂના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં હોય ત્યારે તાપમાન નિર્ણાયક મૂલ્યથી નીચે જાય તો વાસ્તવમાં ચુંબકીય પ્રવાહને બહાર કાઢે છે.

અભ્યાસનો આગળનો તબક્કો ઉચ્ચ વર્તમાન મૂલ્યો પર નવી શોધાયેલી સ્થિતિનો અભ્યાસ કરવાનો હતો. આવા અભ્યાસની જરૂરિયાત નીચેના સંજોગો દ્વારા નિર્ધારિત કરવામાં આવી હતી: જો પ્રતિકાર વાસ્તવમાં શૂન્ય ન હોત, તો મોટા પ્રવાહને સંભવિત તફાવતના મૂલ્યને વધુ મોટા, અને તેથી રેકોર્ડ કરવામાં સરળતા તરફ દોરી જવું પડશે.

જો કે, પ્રાપ્ત પરિણામોએ પરિસ્થિતિને વધુ મૂંઝવણમાં મૂકી દીધી, કારણ કે એક "વિશેષ ઘટના" જોવા મળી હતી: કાચની રુધિરકેશિકામાં બંધ પારા ફિલામેન્ટ માટે 4.18 K ની નીચે કોઈપણ તાપમાને, ત્યાં ચોક્કસ થ્રેશોલ્ડ વર્તમાન ઘનતા મૂલ્ય હતું, જેની ઉપરની પ્રકૃતિ ઘટના તીવ્રપણે બદલાઈ ગઈ. થ્રેશોલ્ડની નીચેની ઘનતા પર ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ ફિલામેન્ટના છેડા પર લાગુ થતા કોઈપણ નોંધપાત્ર સંભવિત તફાવતો વિના પસાર થાય છે. આ દર્શાવે છે કે થ્રેડમાં કોઈ પ્રતિકાર નથી.

જલદી વર્તમાન ઘનતા થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય કરતાં વધી ગઈ, સંભવિત તફાવત દેખાયો, જે વર્તમાન કરતાં પણ વધુ ઝડપથી વધ્યો. પછી નવી અસર માટે સમજૂતી શોધવા માટે શ્રેણીબદ્ધ પ્રયોગો હાથ ધરવામાં આવ્યા. સૌ પ્રથમ, તે નોંધવામાં આવ્યું હતું કે થ્રેશોલ્ડ વર્તમાન ઘનતા ઘટતા તાપમાન સાથે વધે છે - સંક્રમણ તાપમાનથી સુપરકન્ડક્ટિંગ રાજ્યમાં વિચલન માટે આશરે પ્રમાણસર (જ્યાં સુધી તાપમાન વચ્ચેનો તફાવત ખૂબ મોટો ન હતો). સ્વાભાવિક રીતે, ધારણા એવી હતી કે અમુક અસરને કારણે ગરમીને કારણે, પારોનું તાપમાન સંક્રમણ બિંદુથી ઉપર વધ્યું હતું. આ ગરમીના સ્ત્રોતને શોધવાનું કાર્ય સેટ કરવામાં આવ્યું હતું.

પારાના ફિલામેન્ટના વિવિધ રૂપરેખાંકનોનો ઉપયોગ કરીને, તે સ્થાપિત કરવું શક્ય હતું કે ગરમી બહારથી પૂરી પાડવામાં આવતી નથી. પારામાં અશુદ્ધિઓનો પ્રભાવ માનવામાં આવતો હતો, જો કે તેને નિસ્યંદન પ્રક્રિયા દરમિયાન દૂર કરવામાં આવવી જોઈતી હતી; પ્રયોગો દર્શાવે છે કે ગરમીની અસર ખાસ જરૂરી માત્રામાં ઉમેરવામાં આવેલી અશુદ્ધિઓ સાથે સંકળાયેલી નથી.

વધુમાં એવું સૂચવવામાં આવ્યું હતું કે કદાચ પારાના તંતુનો એક સામાન્ય વાહક સાથેનો સંપર્ક, અમુક સ્વરૂપમાં તેમાં જોવા મળે છે અથવા તેની અંદર રચાય છે, તે પારાના સુપરકન્ડક્ટિંગ ગુણધર્મોને રદ કરી શકે છે. પરીક્ષણ માટે સ્ટીલ રુધિરકેશિકા લેવામાં આવી હતી, પરંતુ આનાથી કોઈ ચોક્કસ પરિણામો મળ્યા ન હતા, અને માત્ર પછીથી, ટીન પર સમાન પ્રકારના પ્રયોગોના પરિણામે, આ ધારણાને બાકાત રાખવામાં આવી હતી. સામાન્ય રીતે, પારાના પ્રયોગોએ પૂછેલા પ્રશ્નનો જવાબ આપ્યો ન હતો.

જો કે, કેમરલિંગ ઓન્નેસે સ્થાપના કરી હતી તેમ, પારો તેના માટે ખૂબ યોગ્ય પદાર્થ ન હતો વ્યવસ્થિત સંશોધન. « સંયુક્ત કાર્યવાહીરુધિરકેશિકાઓમાં પારો સાથે કામ કરતી વખતે ઘણા સંજોગો મુશ્કેલીઓ તરફ દોરી જાય છે.

પ્રવાહી હિલીયમ સાથે પ્રયોગ કરવાના એક દિવસ માટે મોટી માત્રામાં તૈયારીની જરૂર હતી, અને જ્યારે અહીં વર્ણવેલ વાસ્તવિક પ્રયોગોની વાત આવે છે, ત્યારે તેમના માટે માત્ર થોડા કલાકો બાકી હતા. આ શરતો હેઠળ પ્રવાહી હિલીયમ સાથે સચોટ માપન કરવા માટે, અગાઉથી પ્રોગ્રામની રૂપરેખા બનાવવી અને પ્રયોગના દિવસે તેને ઝડપથી અને પદ્ધતિસર હાથ ધરવા જરૂરી છે. પ્રાયોગિક સેટઅપમાં ફેરફારો, જેની જરૂરિયાત અવલોકન કરાયેલી ઘટનાને કારણે થઈ હતી, તે સામાન્ય રીતે બીજા દિવસે કરવાની હતી.

ઘણીવાર, ઉત્પાદન પ્રતિકારની શ્રમ-સઘન પ્રક્રિયાને કારણે થતા કેટલાક વિલંબને કારણે, હિલીયમ સ્થાપનનો ઉપયોગ અન્ય હેતુઓ માટે કરવામાં આવતો હતો. જ્યારે આપણે ફરીથી પ્રયોગ શરૂ કરી શકીએ, ત્યારે એવું બન્યું કે તૈયાર કરેલા પ્રતિકાર નકામા બન્યા, કારણ કે જ્યારે પારો સ્થિર થઈ ગયો, ત્યારે દોરો તૂટી ગયો, અને અમારા બધા પ્રયત્નો નિરર્થક બન્યા. આ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ, અણધાર્યા અને ભ્રામક હસ્તક્ષેપના સ્ત્રોતોને શોધવા અને દૂર કરવામાં ઘણો લાંબો સમય લાગ્યો.

વધુમાં, કેશિલરી દિવાલ દ્વારા નહીં, પરંતુ પ્રવાહી હિલીયમ સાથે સીધા સંપર્ક દ્વારા નમૂનાને ઠંડુ કરવું ઇચ્છનીય હતું. તેથી, જ્યારે કેમરલિંગ ઓનેસે શોધ્યું કે ટીન અને સીસામાં પારાના સમાન ગુણધર્મો છે, ત્યારે તેણે આ બે ધાતુઓ સાથે પ્રયોગ કરવાનું ચાલુ રાખ્યું. ત્યારે જ ઉભી થયેલી સમસ્યાનો ઉકેલ આવી ગયો હતો.

અનિવાર્યપણે, તેના ઉકેલની આશા પહેલેથી જ પ્રયોગો દરમિયાન ઊભી થઈ હતી જેમાં સીસાની સુપરકન્ડક્ટિવિટી મળી આવી હતી. તે સરળતાથી વાયરમાં બનાવી શકાય છે, અને ઘણું બધું બનાવવામાં આવ્યું હતું મોટી સંખ્યામાંસાથે વાયર ક્રોસ વિભાગ 70 mm2. આ કદના એક જ વાહક માટે, 4.25 K પર થ્રેશોલ્ડ વર્તમાન મૂલ્ય 8 A હતું. આગળ, 1 સે.મી.ના વ્યાસવાળા કોર પર 1000 વળાંકો ધરાવતી 1 સે.મી. લાંબી કોઇલ આ વાયર વડે ઘા કરવામાં આવી હતી. વિન્ડિંગમાં સિલ્ક ઇન્સ્યુલેશન હતું, જે પ્રવાહી હિલીયમથી ભીનું હોય છે. તે બહાર આવ્યું તેમ, થ્રેશોલ્ડ વર્તમાન મૂલ્ય માત્ર 0.8 A હતું.

1913 માં, મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો મેળવવામાં રસ પહેલેથી જ ઘણો મોટો હતો, અને તેમાં કોઈ શંકા નથી કે મુખ્ય સમસ્યા વિન્ડિંગમાં પાવર ડિસીપેશન સાથે સંબંધિત હતી. ઉદાહરણ તરીકે, પેરીને ઠંડક માટે પ્રવાહી હવાનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરી; એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવી હતી કે ઘટતા તાપમાન સાથે વિન્ડિંગ પ્રતિકારમાં ઘટાડો થવાને કારણે, તેમાં ઉત્પન્ન થતી ગરમીનું પ્રમાણ ઘટશે, જે ચોક્કસ લાભ આપશે.

જોકે, ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે આ રીતે લાભો પ્રાપ્ત કરી શકાતા નથી, મુખ્યત્વે એ હકીકતને કારણે કે માનવામાં આવતી કોમ્પેક્ટ કોઇલ અને કૂલર વચ્ચે જરૂરી હીટ ટ્રાન્સફર હાંસલ કરવું ખૂબ મુશ્કેલ છે. કેમરલીગ-ઓનિસે આ હેતુ માટે સુપરકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ કરવાની શક્યતાઓનું યોગ્ય મૂલ્યાંકન કર્યું, નોંધ્યું કે તેમાં કોઈ પણ પ્રકારની ગરમી પેદા થવી જોઈએ નહીં. આ વિશે બોલતી વખતે, જોકે, તેણે સ્વીકાર્યું કે "ચુંબકીય ક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટરમાં પ્રતિકાર તરફ દોરી શકે તેવી શક્યતા છે." અને તેણે આ મુદ્દાનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું.

“આ અસર નબળી હશે એવું માનવાનાં કારણો હતાં. સીધો પુરાવોહકીકત એ છે કે ચુંબકીય ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ સુપરકન્ડક્ટર્સમાં માત્ર થોડો પ્રતિકાર ઉદ્ભવે છે જ્યારે તે બહાર આવ્યું કે ઉપર વર્ણવેલ કોઇલ સુપરકન્ડક્ટિંગ રહે છે, ભલે તેમાંથી 0.8 A નો પ્રવાહ પસાર થાય તો પણ કોઇલનું ક્ષેત્ર પોતે કેટલાક સો સુધી પહોંચે છે ગૌસ આ કિસ્સામાં, અને તીવ્રતાના આ ક્રમના ક્ષેત્રમાં ત્યાં હતો સૌથી વધુવળે છે, પરંતુ કોઈ પ્રતિકાર જોવા મળ્યો નથી." તેથી, કેમરલિંગ ઓનેસે આ પ્રયોગો કરવા માટે એક સેટઅપ બનાવ્યું જે માત્ર કિલોગૉસના ક્રમના ક્ષેત્રોમાં જોવા મળતી ઘટનાઓનો અભ્યાસ કરવાનું શક્ય બનાવશે.

પરિણામો ફરીથી અનપેક્ષિત હતા. અગાઉના પ્રયોગોમાં વપરાતી સુપરકન્ડક્ટિંગ લીડ કોઇલ ક્રાયોસ્ટેટમાં મૂકવામાં આવી હતી જેથી કરીને વળાંકનું વિમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રની સમાંતર હોય.

“સૌ પ્રથમ, અમને ખાતરી હતી કે કોઇલ હિલીયમના ઉત્કલન બિંદુ પર સુપરકન્ડક્ટિંગ હશે; 0.4 A નો પ્રવાહ તેમાંથી પસાર થતો હતો ત્યારે પણ તે સુપરકન્ડક્ટિંગ રહ્યું હતું, જો કે વળાંકો તેમના દ્વારા વહેતા પ્રવાહ દ્વારા બનાવવામાં આવેલ નોંધપાત્ર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં હતા.

પછી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવ્યું. 10 kG ની ફીલ્ડ સ્ટ્રેન્થ પર નોંધપાત્ર પ્રતિકાર હતો 5 kG પર તે કંઈક અંશે ઓછો હતો. આ પ્રયોગોએ તદ્દન ખાતરીપૂર્વક દર્શાવ્યું હતું કે ઉચ્ચ તીવ્રતા પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટર્સમાં પ્રતિકારના દેખાવનું કારણ બને છે, પરંતુ ઓછી તીવ્રતા પર તે થતું નથી. વધુ સંશોધન દરમિયાન, ક્ષેત્ર પરના પ્રતિકારની અવલંબન મેળવવામાં આવી હતી.

કામરલિંગ ઓનેસ હજુ સુધી નિર્ણાયક પ્રવાહને ચુંબકીય ક્ષેત્રના નિર્ણાયક મૂલ્ય સાથે જોડવા માટે તૈયાર ન હતા. તેમને કોઈ શંકા ન હતી કે અહીં શોધાયેલ ઘટના સુપરકન્ડક્ટર્સમાં સામાન્ય પ્રતિકારના ચોક્કસ તાપમાને અચાનક દેખાવ સાથે જોડાયેલી હતી - આ જોડાણ અન્ય સંશોધકો દ્વારા શોધવામાં આવ્યું હતું. તેમ છતાં, તે માની શકાય કે પાયો નાખ્યો હતો.

સમય જતાં, જો કે, આ પ્રકરણની શરૂઆતમાં વર્ણવેલ વિરોધાભાસ ખૂબ જ સ્પષ્ટ થઈ ગયો છે. નાનો ફેરફારશબ્દોએ તેને વધુ મજબૂત બનાવ્યું. જો કોઈ પદાર્થ, ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં હોવાથી, તાપમાન ઘટતાની સાથે આદર્શ રીતે વાહક સ્થિતિમાં પરિવર્તિત થવાનું હતું, તો સંક્રમણની ક્ષણે નમૂનામાં પ્રવેશતો ચુંબકીય પ્રવાહ તેમાં "સ્થિર" રહેવો જોઈએ અને જ્યારે ક્ષેત્ર પછીથી ફેરવાય ત્યારે તે ચાલુ રહેવું જોઈએ. બંધ (જો તાપમાન યથાવત જાળવવામાં આવે છે).

આ રીતે વિવિધ નમૂનાઓ તૈયાર કરીને, સમાન પરિસ્થિતિઓમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા વિવિધ રાજ્યોનો સમૂહ (સૈદ્ધાંતિક રીતે અનંત) બનાવવાનું શક્ય બનશે. બાહ્ય પરિસ્થિતિઓ, જે કદાચ એકબીજા સાથે થર્મલ સંપર્કમાં પણ હોઈ શકે છે, એટલે કે, સંતુલનની સ્થિતિમાં.

1933 સુધી, આ શક્યતાને પ્રાયોગિક ધોરણે નકારી કાઢવામાં આવી ન હતી, અને કેટલાક પ્રયોગો પણ તેની પુષ્ટિ કરતા જણાયા હતા. તેની તરફેણમાં સૈદ્ધાંતિક વિચારણાઓ પણ હતી. અને તે ક્ષણે, મેઇસ્નર, સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં સંક્રમણનો અભ્યાસ કરતી વખતે, એક પ્રકારની હિસ્ટેરેસિસના દેખાવથી ત્રાટકી ગયો: ટીન સિંગલ ક્રિસ્ટલનું વળતર સામાન્ય સ્થિતિસુપરકન્ડક્ટીંગ અવસ્થામાં સંક્રમણ તાપમાન કરતા સહેજ વધુ તાપમાને થાય છે.

આ અસર ત્યારે પણ જોવામાં આવી હતી જ્યારે દરેક બિંદુ પરના પ્રતિકારને થર્મોઇલેક્ટ્રિક ઘટનાને બાકાત રાખવા માટે રચાયેલ પદ્ધતિ દ્વારા વર્તમાનની બે દિશામાં માપવામાં આવી હતી, જો વર્તમાનની દિશા બદલાતી ન હોય, તો અસર વધારવામાં આવી હતી. હિસ્ટેરેસિસ સૂચવે છે કે ઘટના નમૂનાની અભેદ્યતામાં ફેરફાર સાથે સંકળાયેલી હતી.

મેઇસનરે તેના વિશે આ રીતે લખ્યું: "જો માપેલ વર્તમાન અને તેના દ્વારા બનાવેલ ચુંબકીય ક્ષેત્રનું વિતરણ બદલાયું ન હોત, તો હિસ્ટેરેસિસની ઘટનાની ઘટના માટે કોઈ આધાર રહેશે નહીં." તેથી, તે અને તેના સહયોગીઓ ધારે છે કે તેની અભેદ્યતા શૂન્ય થઈ જાય છે. જો આ બિલકુલ થયું હોય, તો એક પણ નહીં પાવર લાઇનક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટર પોલાણની આંતરિક સપાટી પર સમાપ્ત થઈ શક્યું નથી, જ્યારે પ્રયોગો સ્પષ્ટપણે દર્શાવે છે કે આ બરાબર પરિસ્થિતિ છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો સંતોષકારક સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવે તે પહેલાં ઘણા વર્ષો વીતી ગયા; હકીકતમાં, 1972માં પણ આ મુદ્દો આખરે ઉકેલાયો ન હતો. જો કે, મેઇસનરની શોધે ઓછામાં ઓછી અવલોકન કરેલ ઘટનાનું સંતોષકારક મેક્રોસ્કોપિક અર્થઘટન આપવાનું શક્ય બનાવ્યું.

જે. ટ્રિગ "20મી સદીનું ભૌતિકશાસ્ત્ર: મુખ્ય પ્રયોગો"

બુધ એક અત્યંત મહત્વપૂર્ણ ધાતુ છે જેનો ઉપયોગ લગભગ તમામ ઉત્પાદન ઉદ્યોગોમાં થાય છે. તેથી, ઘણા દેશો પારા ઉદ્યોગનો ઝડપથી વિકાસ કરી રહ્યા છે અને તેની થાપણોની શોધને વિસ્તૃત કરી રહ્યા છે. પારાની ભૂમિકા શું છે આધુનિક ઉદ્યોગ- ચાલો આ લેખમાં તેને સમજવાનો પ્રયાસ કરીએ.

પારો શું છે

આ રાસાયણિક તત્વઅને એકમાત્ર ધાતુ જે અંદર છે પ્રવાહી સ્થિતિખાતે સામાન્ય તાપમાન. ગ્રે - આ તે છે કે પારો જેવો દેખાય છે, જેનો ફોટો નીચે આપેલ છે.

બુધ ખૂબ જ નીચા તાપમાને જ સખત થઈ શકે છે. મધ્યયુગીન રસાયણશાસ્ત્રીઓ આ ધાતુની સખ્તાઇ પ્રાપ્ત કરી શક્યા ન હતા. અને માત્ર 1759 માં રશિયન વિદ્વાનોએમ.વી. લોમોનોસોવ અને આઈ.એ. હકીકત એ છે કે તે વર્ષે રશિયામાં હતા ગંભીર frosts, અને વિશિષ્ટ મિશ્રણોની મદદથી, વૈજ્ઞાનિકોએ તાપમાનને -56ºС સુધી ઘટાડ્યું. આવી પરિસ્થિતિઓમાં, પારો થીજી ગયો અને ધાતુ જેવો બની ગયો. બાદમાં લાંબો સમયઅન્ય રસાયણશાસ્ત્રીઓએ જ્યારે તાપમાનને -270ºC સુધી ઘટાડ્યું ત્યારે પારામાં સુપરકન્ડક્ટિંગ અસરની શોધ થઈ.

માનવ ઇતિહાસમાં બુધ

બુધ પ્રાચીન સમયથી માણસ માટે જાણીતો છે. તેનો પ્રથમ ઉલ્લેખ 5મી સદી બીસીના રેકોર્ડમાં જોવા મળે છે. ઇ. ભારત અને ચીનમાં બુધનો ઘણો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. રસાયણની સૌથી જૂની ભારતીય શાખા રસાયણ અથવા પારાના માર્ગ તરીકે ઓળખાય છે. તેણી ઔષધીય દવાઓ અને વિવિધ દવાઓના વિકાસમાં સામેલ હતી.

પ્રાચીન લોકોને સિનાબારના રૂપમાં પ્રકૃતિમાં પારો મળ્યો હતો. તેઓએ તેનો ઉપયોગ લાલ રંગ તરીકે કર્યો. "સિનાબાર" નામ એક પ્રાચીન દંતકથા સાથે સંકળાયેલું છે અને તેનું ભાષાંતર "ડ્રેગનનું લોહી" તરીકે થાય છે. પારાની આ લાક્ષણિકતા સાથે સંકળાયેલી છે ધાર્મિક માન્યતાઓ. તે સમયે, લોકો માનતા હતા કે આ પર્વતોમાં માર્યા ગયેલા પવિત્ર પ્રાણીનું લોહી છે - એક ડ્રેગન. તેથી, પારાને એક હીલિંગ પદાર્થ માનવામાં આવતું હતું જે બીમારને સાજા કરી શકે છે. આમાંથી એક ઉપાય પારો મલમ હતો.

પ્રાચીન રસાયણશાસ્ત્રીઓ પારાને તમામ ધાતુઓનો આધાર માનતા હતા અને તેમના જીવનશક્તિ. તેઓને ખાતરી હતી કે પારો અને સલ્ફરમાંથી સોનું મેળવી શકાય છે. પરંતુ અસંખ્ય પ્રયોગો અને પ્રયોગો પછી, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે આ વિચારમાંથી કંઈ આવશે નહીં. સોનું બનાવવાની ફોર્મ્યુલા શોધવાનો પ્રયાસ કરતા કેટલા વિજ્ઞાનીઓ મૃત્યુ પામ્યા. અને આ અભ્યાસો 20મી સદીના 30 ના દાયકા સુધી ચાલુ રહ્યા, જ્યાં સુધી વિજ્ઞાનનો ઝડપથી વિકાસ થવા લાગ્યો. કિરણોત્સર્ગી સડોના ઉપયોગના પરિણામે, વૈજ્ઞાનિકોએ પારોમાંથી મેળવેલ સ્થિર આઇસોટોપ્સસોનું, પરંતુ તે ખૂબ જ ઓછું હતું. અને આવી ધાતુની કિંમત ખૂબ ઊંચી છે.

પારાની ખાણ કેવી રીતે થાય છે?

મુખ્ય અને વ્યવહારિક રીતે એકમાત્ર ઔદ્યોગિક સ્ત્રોતબુધ એ ખનિજ સિનાબાર છે. તેમાં બાકીના 86% ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે - અન્ય ખનિજોની અશુદ્ધિઓ. સામાન્ય રીતે સિનાબારમાં સતત સ્ત્રાવનો દેખાવ, અશુદ્ધિઓથી ભરપૂર અને દાણા જેવો દેખાય છે. અનિયમિત આકાર. રોમ્બોહેડ્રલ, બાયપાયરામીડલ દેખાવના ભાગ્યે જ રચાયેલા સ્ફટિકો જોવા મળે છે. ક્યારેક ડબલ્સ શોધવામાં આવે છે.

સિનાબારમાંથી ધાતુનો પારો તેને ખુલ્લી નળીમાં ગરમ ​​કરવાથી ઉત્પન્ન થાય છે, જે તેને ઓક્સિજનના સંપર્કમાં લાવે છે. ગરમી દરમિયાન, પારાના નાના ટીપાં ઠંડા દિવાલોની નીચે વહે છે. સામાન્ય રીતે, ધાતુના પદાર્થો છીછરા ઊંડાણમાં જોવા મળે છે અને તે ક્વાર્ટઝાઈટ્સ, ચૂનાના પત્થરો, ડોલોમાઈટ અને શેલ્સ સાથે સંકળાયેલા છે. વિશ્વના સૌથી મોટા પારાના થાપણો સ્પેન, યુએસએ, યુગોસ્લાવિયા, સ્લોવેનિયા, તાજિકિસ્તાન અને કિર્ગિસ્તાનમાં સ્થિત છે. મર્ક્યુરી ઓરના મોટા સ્ફટિકો દક્ષિણ ચીનમાં ખોદવામાં આવે છે.

પારાના મૂળભૂત ગુણધર્મો

આ ખનિજમાં અનન્ય ગુણધર્મો છે જેણે આધુનિક ઉદ્યોગમાં પારાના ઉપયોગને એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ બનાવ્યું છે. બુધને ઝેરી ગણવામાં આવે છે અને ખતરનાક ધાતુ. પરંતુ તેના શારીરિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોઘણા વિસ્તારોમાં માનવ પ્રવૃત્તિબદલી ન શકાય તેવું

ભૌતિક ગુણધર્મો

બુધને ડાયમેગ્નેટિક તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, કારણ કે તે રચના કરી શકે છે સખત એલોયઅન્ય ધાતુઓ અને પ્રવાહી સંયોજનો સાથે - મિશ્રણ. પારાનું ઘનકરણ તાપમાન -38.83ºС છે અને ધાતુ 356.73 ºС પર ઉકળે છે. તે વધુ એક સાથે બાષ્પીભવન થાય છે મહત્વપૂર્ણ લાક્ષણિકતાબુધ ડાયમેગ્નેટિક છે. આનો અર્થ એ છે કે નિયમિત ચુંબક સાથે પ્રવાહી ધાતુના દડા એકત્રિત કરવાનું અશક્ય છે.

રાસાયણિક ગુણધર્મો

ગમે છે કિંમતી ધાતુઓશુષ્ક હવામાં પારો સ્થિર છે. તે એસિડ, ક્ષાર અને બિન-ધાતુઓ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. પારો પાણી, આલ્કલીસ અને નોન-ઓક્સિડાઇઝિંગ એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરતું નથી. 300ºС થી ઉપરના તાપમાને તે ઓક્સિજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, પારો ઓક્સાઇડ બનાવે છે.

આધુનિક ઉદ્યોગમાં પારોનો ઉપયોગ

મધ્ય યુગમાં, તેનો સક્રિયપણે મિશ્રણ અને વિવિધ ઉપકરણોના ઉત્પાદન માટે દવામાં ઉપયોગ થતો હતો. આ દિવસોમાં ઉદ્યોગ શોધવો અશક્ય છે રાષ્ટ્રીય અર્થતંત્ર, જે પારોનો ઉપયોગ કરતું નથી. આ ખનિજના ગુણધર્મો અને ઉપયોગો વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા અસંખ્ય વૈજ્ઞાનિક કાર્યોમાં વર્ણવવામાં આવ્યા છે.

આમ, બીજની સારવાર માટે કૃષિમાં પારોનો ઉપયોગ થાય છે. IN રાસાયણિક ઉદ્યોગતેનો ઉપયોગ એસીટીલીનમાંથી એસિટિલીનના ઉત્પાદન માટે ઉત્પ્રેરક તરીકે થાય છે ટેબલ મીઠુંકોસ્ટિક સોડા અને ક્લોરિન.

અંડરવોટર પેઇન્ટના ઉત્પાદનમાં બુધ એક આવશ્યક ઘટક છે દરિયાઈ જહાજો. હકીકત એ છે કે દરિયાઈ પાણીમાં રહેતા સુક્ષ્મસજીવો જહાજોના તળિયા સાથે જોડાય છે અને ધાતુના ભાગોના કાટ અને વસ્ત્રોમાં ફાળો આપે છે. પેઇન્ટમાં સમાયેલ પારો, જ્યારે દરિયાઈ ક્લોરિનના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે ઉત્કૃષ્ટ રચના કરે છે, જે હાનિકારક બેક્ટેરિયાને ઝેર આપે છે.

બુધનો ઉપયોગ અનુભવના ઉત્પાદનમાં પણ થાય છે. તેમાં રહેલા ક્ષાર સંપૂર્ણપણે ડીગ્રીઝ ફ્લુફ ધરાવે છે. સુરક્ષિત અવેજી જે સમાન અસર આપે છે તે હજુ સુધી મળી નથી. બુધ દરમિયાન ઉત્પ્રેરક તરીકે પણ કામ કરે છે કાર્બનિક સંશ્લેષણચામડાની ટેનિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન.

ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, પારો હંમેશા દવામાં ઉપયોગમાં લેવાય છે. આજકાલ, તેના આધારે એન્ટિસેપ્ટિક અને મૂત્રવર્ધક દવાઓ બનાવવામાં આવે છે. મર્ક્યુરી મલમ પ્રાચીન ભારતમાં તૈયાર કરવામાં આવ્યું હતું, જેની રેસીપી આજ સુધી ટકી છે. અન્ય ધાતુઓ ઓગળવાની તેની ક્ષમતાને કારણે, પારોનો ઉપયોગ ડેન્ટલ ફિલિંગ બનાવવા માટે થાય છે.

ઉદ્યોગમાં પારોનો ઉપયોગ ઓરડાના તાપમાને બાષ્પીભવન કરવાની ક્ષમતા સાથે પણ સંકળાયેલ છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેલ શુદ્ધિકરણ માટે. આમ, ધાતુનું બાષ્પીભવન તેલ શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયાઓના તાપમાનને નિયંત્રિત કરવામાં મદદ કરે છે.

બુધ ઉપકરણો

ભૌતિક-રાસાયણિક ગુણધર્મો છે મુખ્ય કારણ, જે મુજબ વિવિધ ઉપકરણો અને મશીનોમાં પારોનો ઉપયોગ થાય છે. ધાતુની વરાળનો ઉપયોગ પારો ટર્બાઈનમાં થાય છે. આવા સ્થાપનો ખાસ કરીને ફાયદાકારક છે જ્યારે એકમમાં થોડું પાણી હોય અને મિકેનિઝમ ફક્ત હવા દ્વારા ઠંડુ કરવામાં આવે.

ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં, લિક્વિડ મર્ક્યુરી કેથોડવાળા રેક્ટિફાયરનો ઉપયોગ થાય છે. તેઓ તમને ત્રણ તબક્કાના ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહને સીધા પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. ખગોળીય હેતુઓ માટે પણ, પારાના સાધનો - ક્ષિતિજ - નો ઉપયોગ થાય છે. તેમની પાસે પ્રવાહી ધાતુ સાથેનું એક વિશિષ્ટ પાત્ર છે, જેની સપાટી અવકાશના અવલોકનો દરમિયાન અરીસા તરીકે કામ કરે છે. ઉપરાંત, આધુનિક ઉદ્યોગમાં પારોનો ઉપયોગ વિવિધ બ્રેકર્સ અને થર્મોમીટર્સના ઉત્પાદનમાં પ્રગટ થાય છે.

દવાની ઘણી શાખાઓમાં, મર્ક્યુરી-ક્વાર્ટઝ લેમ્પનો ઉપયોગ થાય છે, જે ઇરેડિયેટ થાય છે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણો. શરીરનું તાપમાન માપવા માટે એક અનિવાર્ય તબીબી સાધન એ જાણીતું થર્મોમીટર છે.

પારાની કિંમત કેટલી છે: વિશ્વ બજારમાં કિંમત

પારાની કિંમત અન્ય ધાતુઓની જેમ સમાન સિદ્ધાંત અનુસાર રચાય છે. આમ, આ ખનિજની કિંમત પુરવઠાની માત્રા અને ઓફર કરેલા પારાની શુદ્ધતા પર આધારિત છે. છેલ્લા છ મહિનામાં પારાના ભાવમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો છે. તેથી, જો 2014ના અંતે તેની સરેરાશ કિંમત 75 યુએસ ડોલર/કિલો હતી, તો માર્ચ 2015માં તે 55 યુએસ ડોલર/કિલો હતી. પરંતુ પ્રવાહી ધાતુ મુક્તપણે ખરીદવી લગભગ અશક્ય છે, કારણ કે પારો રાસાયણિક રીતે જોખમી પદાર્થ છે. છલકાયેલા પારાના નિકાલ માટે પણ, તમારે ચોક્કસ રકમ ચૂકવવાની જરૂર છે.

પારો ધરાવતા ઉત્પાદનો માટે, કિંમત વપરાયેલી ધાતુની માત્રા અને અન્ય ઉત્પાદન ખર્ચ પર આધારિત છે. ઉદાહરણ તરીકે, પારો થર્મોમીટર ખૂબ સસ્તું છે. ફાર્મસીઓમાં કિંમત 25 થી 50 રુબેલ્સ સુધીની છે.

બુધ આરોગ્ય માટે જોખમો

ઉદ્યોગમાં પારાના વ્યાપક ઉપયોગ હોવા છતાં, તે તદ્દન જોખમી માનવામાં આવે છે રાસાયણિક. જીવન અને આરોગ્યને નુકસાનના માપદંડ અનુસાર, પારો ભયના પ્રથમ વર્ગનો છે. બુધ સામાન્ય રીતે તેના ગંધહીન વરાળને શ્વાસમાં લઈને શરીરમાં પ્રવેશ કરે છે. તે પારાની વરાળ છે જે સૌથી મોટો ખતરો છે.

એક્સપોઝર ગંભીર ઝેર અને સ્વાસ્થ્ય સમસ્યાઓ માટે પૂરતું છે. નાની રકમખનિજ ઝેર દરમિયાન સૌથી મોટી હદ સુધીફેફસાં, કિડની, રોગપ્રતિકારક શક્તિ, નર્વસ, પાચન તંત્ર, આંખો અને ત્વચાને અસર થાય છે.

ઝેરના કારણો અને પ્રકૃતિના આધારે, હળવા, તીવ્ર અને ક્રોનિક સ્વરૂપોને અલગ પાડવામાં આવે છે. ખોરાકના ઝેરને કારણે હળવી ઝેરી અસર થાય છે. રાસાયણિક ઉદ્યોગ સાહસોમાં અકસ્માતો પછી અથવા સલામતીના ઉલ્લંઘનના પરિણામે, ઝેરનું તીવ્ર સ્વરૂપ થાય છે. આ કિસ્સામાં, દર્દી માનસિક પ્રવૃત્તિમાં ઘટાડો અનુભવે છે, થાક, આંચકી, દ્રષ્ટિ ગુમાવવી, ટાલ પડવી અને સંપૂર્ણ લકવો પણ દેખાઈ શકે છે. ગંભીર કિસ્સાઓમાં, તીવ્ર ઝેર થઈ શકે છે જીવલેણ પરિણામ. ક્રોનિક ઝેર પારો સાથે સતત સંપર્કના પરિણામે વિકસે છે અને પોતાને પ્રગટ કરી શકે છે લાંબા સમય સુધીતમે તેની સાથે કામ કરવાનું બંધ કર્યા પછી. પેથોલોજીના આ સ્વરૂપવાળા લોકોમાં હાયપરટેન્શન, ટ્યુબરક્યુલોસિસ અને એથરોસ્ક્લેરોસિસ થવાનું જોખમ વધે છે. એવા કિસ્સાઓ છે જ્યારે ક્રોનિક ઝેરી માનસિક વિકૃતિઓનું કારણ બને છે.

સગર્ભા સ્ત્રીઓએ પારાના ઉપકરણોનું સંચાલન કરતી વખતે ખાસ કરીને સાવચેત રહેવું જોઈએ. બુધની વરાળ ગર્ભના વિકાસ માટે મોટો ખતરો છે. જો ઘરમાં બાળકો હોય, તો પરંપરાગત પારાના થર્મોમીટર્સને ઇલેક્ટ્રોનિક સાથે બદલવું વધુ સારું છે.

પારો ધરાવતા કચરાનો નિકાલ

પારોનો વ્યાપક ઉપયોગ વાતાવરણમાં તેની વરાળની ઉચ્ચ સાંદ્રતામાં ફાળો આપે છે મુખ્ય શહેરો. આજકાલ, ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સ દરેક જગ્યાએ ઉપયોગમાં લેવાય છે, જેમાં 30 થી 300 મિલિગ્રામ પ્રવાહી ધાતુ હોય છે. અને કેટલાક દીવાઓમાં તેનાથી અનેક ગણું વધારે છે. આંકડા મુજબ, દર વર્ષે આમાંથી લગભગ 100 મિલિયન લેમ્પ બિનઉપયોગી બની જાય છે અને તેને રિસાયક્લિંગની જરૂર પડે છે. તેમાંથી ફક્ત એક નાનો ભાગ ખાસ રિસાયક્લિંગમાંથી પસાર થાય છે, અને બાકીનાને તરત જ લેન્ડફિલમાં મોકલવામાં આવે છે, જ્યાં, કાચની અખંડિતતાના વિનાશને કારણે, પારો વાતાવરણમાં પ્રવેશ કરે છે.

વધુમાં, પારોનો ઉપયોગ બેટરી અને બેટરીના ઉત્પાદનમાં થાય છે, જે સામાન્ય રીતે રિસાયકલ કરવામાં આવતી નથી. આ રીતે, દર વર્ષે લગભગ 40 ટન પારો લેન્ડફિલ્સમાં સમાપ્ત થાય છે. આ આંકડો ઘણો મોટો છે, તેથી પારો ધરાવતી વસ્તુઓના નિકાલની સમસ્યા ખૂબ જ તીવ્ર છે. પારાના કચરાનું અનિયંત્રિત સંચાલન, બેજવાબદાર વલણઆ પ્રવાહી ધાતુ ધરાવતા ઉપકરણોને માનવ સ્વાસ્થ્ય અને જીવન માટે ખતરો છે. દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે નિયમિત પારો થર્મોમીટર શું મુશ્કેલીઓનું કારણ બની શકે છે. તેને ખોટી રીતે સંભાળવાની કિંમત તમારા જીવનને પણ ખર્ચી શકે છે.

હવે તમામ દેશોની સરકારો પારો ધરાવતા કચરાને રિસાયકલ કરવાના મુદ્દા પર કામ કરી રહી છે. આ હેતુ માટે, ખાસ કંપનીઓ બનાવવામાં આવી છે જે બિનઉપયોગી સાધનો અને પારો વસ્તુઓ એકત્રિત કરે છે. તેઓ તેમને ઘટકો (પાયા, કાચ, ધાતુ) માં અલગ કરે છે અને તેમની પ્રક્રિયા કરે છે. દરેક પ્રકારના કચરામાંથી, બ્લોક્સ બનાવવામાં આવે છે, જે ખાસ કન્ટેનર (કવર, પ્લાસ્ટિક બેગ, કેન) માં પેક કરવામાં આવે છે અને પ્રોસેસિંગ સાઇટ પર પહોંચાડવામાં આવે છે.

વાહકના અણુઓની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલ ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહના માર્ગને અટકાવે છે. ઘટતા તાપમાન સાથે વાહકનો પ્રતિકાર ઘટે છે. કંડક્ટરના તાપમાનમાં વધુ ઘટાડા સાથે, પ્રતિકારમાં સંપૂર્ણ ઘટાડો અને સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના જોવા મળે છે.

ચોક્કસ તાપમાને (0 ઓકેની નજીક) વાહકનો પ્રતિકાર ઝડપથી શૂન્ય થઈ જાય છે. આ ઘટનાને સુપરકન્ડક્ટિવિટી કહેવામાં આવે છે. જો કે, સુપરકન્ડક્ટર્સમાં બીજી ઘટના પણ જોવા મળે છે - મીસ્નર અસર. સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં કંડક્ટર અસામાન્ય ગુણધર્મ દર્શાવે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટરના જથ્થામાંથી સંપૂર્ણપણે વિસ્થાપિત થાય છે.

સુપરકન્ડક્ટર દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્રનું વિસ્થાપન.

સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં એક વાહક, આદર્શ વાહકથી વિપરીત, ડાયમેગ્નેટિક સામગ્રીની જેમ વર્તે છે. બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટરના જથ્થામાંથી વિસ્થાપિત થાય છે. પછી જો તમે સુપરકન્ડક્ટર પર ચુંબક મૂકો છો, તો ચુંબક હવામાં અટકી જાય છે.

આ અસરની ઘટના એ હકીકતને કારણે છે કે જ્યારે સુપરકન્ડક્ટરને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાં એડી ઇન્ડક્શન પ્રવાહો ઉદ્ભવે છે, જેનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર સંપૂર્ણપણે બાહ્ય ક્ષેત્ર (જેમ કે કોઈપણ ડાયમેગ્નેટિક સામગ્રીમાં) માટે વળતર આપે છે. પરંતુ પ્રેરિત ચુંબકીય ક્ષેત્ર પોતે પણ એડી પ્રવાહો બનાવે છે, જેની દિશા દિશામાં ઇન્ડક્શન પ્રવાહોની વિરુદ્ધ છે અને તીવ્રતામાં સમાન છે. પરિણામે, સુપરકન્ડક્ટરના જથ્થામાં કોઈ ચુંબકીય ક્ષેત્ર અથવા વર્તમાન નથી. સુપરકન્ડક્ટરના જથ્થાને નજીકની સપાટીના પાતળા સ્તર દ્વારા સુરક્ષિત કરવામાં આવે છે - ચામડીનું સ્તર - જેની જાડાઈમાં (આશરે 10-7-10-8 મીટર) ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઘૂસી જાય છે અને જેમાં તેનું વળતર થાય છે.

એ- કોઈપણ તાપમાન (1) પર બિન-શૂન્ય પ્રતિકાર સાથેનો સામાન્ય વાહક ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં દાખલ થાય છે. કાયદા મુજબ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનપ્રવાહો ઉત્પન્ન થાય છે જે ધાતુમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રના પ્રવેશને પ્રતિકાર કરે છે (2). જો કે, જો પ્રતિકાર શૂન્ય ન હોય, તો તેઓ ઝડપથી ક્ષીણ થઈ જાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર સામાન્ય ધાતુના નમૂનામાં પ્રવેશ કરે છે અને લગભગ સમાન હોય છે (3);

b- ઉપરના તાપમાને સામાન્ય સ્થિતિમાંથી ટી c ત્યાં બે રીતો છે: પ્રથમ: જ્યારે તાપમાન ઘટે છે, ત્યારે નમૂના સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં જાય છે, પછી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરી શકાય છે, જે નમૂનામાંથી બહાર ધકેલવામાં આવે છે. બીજું: પ્રથમ એક ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરો જે નમૂનામાં પ્રવેશ કરે છે, અને પછી તાપમાનને ઓછું કરો, પછી ક્ષેત્રને સંક્રમણ દરમિયાન બહાર ધકેલવામાં આવશે. ચુંબકીય ક્ષેત્રને બંધ કરવાથી સમાન ચિત્ર મળે છે;

વી- જો ત્યાં કોઈ મીસ્નર અસર ન હોય, તો પ્રતિકાર વિના કંડક્ટર અલગ રીતે વર્તે છે. જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં પ્રતિકાર વિના રાજ્યમાં સંક્રમણ થાય છે, ત્યારે તે ચુંબકીય ક્ષેત્ર જાળવી રાખશે અને બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર દૂર કરવામાં આવે ત્યારે પણ તેને જાળવી રાખશે. માત્ર તાપમાન વધારીને આવા ચુંબકને ડિમેગ્નેટાઇઝ કરવું શક્ય બનશે. જોકે, આ વર્તન પ્રાયોગિક રીતે જોવા મળ્યું નથી.

સુપરકન્ડક્ટિવિટી

સુપરકન્ડક્ટિવિટી- કેટલીક સામગ્રીની મિલકત હોવી જોઈએ સખત શૂન્યવિદ્યુત પ્રતિકાર જ્યારે તેઓ ચોક્કસ મૂલ્ય (જટિલ તાપમાન) ની નીચે તાપમાન સુધી પહોંચે છે. કેટલાક ડઝન શુદ્ધ તત્વો, એલોય અને સિરામિક્સ જાણીતા છે જે સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં પરિવર્તિત થાય છે. સુપરકન્ડક્ટિવિટી એક ક્વોન્ટમ ઘટના છે. તે મીસ્નર અસર દ્વારા પણ વર્ગીકૃત થયેલ છે, જેમાં સુપરકન્ડક્ટરના જથ્થામાંથી ચુંબકીય ક્ષેત્રના સંપૂર્ણ વિસ્થાપનનો સમાવેશ થાય છે. આ અસરનું અસ્તિત્વ દર્શાવે છે કે સુપરકન્ડક્ટિવિટીનું સરળ રીતે વર્ણન કરી શકાતું નથી સંપૂર્ણ વાહકતાશાસ્ત્રીય અર્થમાં.

1893 માં, ડચ ભૌતિકશાસ્ત્રી હેઇક કેમરલિંગ ઓનેસે અતિ-નીચા તાપમાનની સમસ્યાનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું. તેમણે વિશ્વની શ્રેષ્ઠ ક્રાયોજેનિક પ્રયોગશાળા બનાવવાનું સંચાલન કર્યું, જેમાં તેમણે 10 જુલાઈ, 1908ના રોજ પ્રવાહી હિલીયમ મેળવ્યું. બાદમાં તે તેનું તાપમાન 1 કેલ્વિન પર લાવવામાં સફળ રહ્યો. કેમરલિંગ ઓનેસે ધાતુઓના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રવાહી હિલીયમનો ઉપયોગ કર્યો, ખાસ કરીને તાપમાન પર તેમની વિદ્યુત પ્રતિકારની અવલંબન માપવા. તત્કાલીન વર્તમાન મુજબ શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંતો, ઘટતા તાપમાન સાથે પ્રતિકાર સરળતાથી ઘટી જવાનો હતો, પરંતુ એવો અભિપ્રાય પણ હતો કે ખૂબ નીચા તાપમાને ઇલેક્ટ્રોન વ્યવહારીક રીતે બંધ થઈ જશે અને વિદ્યુતપ્રવાહને સંપૂર્ણપણે બંધ કરી દેશે. કામરલિંગ ઓનેસ દ્વારા તેમના સહાયકો કોર્નેલિસ ડોર્સમેન અને ગિલ્સ હોલ્સ્ટ સાથે હાથ ધરવામાં આવેલા પ્રયોગોએ શરૂઆતમાં પ્રતિકારમાં સરળ ઘટાડો વિશેના નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરી હતી. જોકે, 8 એપ્રિલ, 1911ના રોજ, તેમણે અણધારી રીતે શોધ્યું કે 3 કેલ્વિન (લગભગ −270 °C) પર વિદ્યુત પ્રતિકાર વ્યવહારીક રીતે શૂન્ય છે. 11 મેના રોજ હાથ ધરવામાં આવેલા આગળના પ્રયોગે દર્શાવ્યું હતું કે લગભગ 4.2 K તાપમાને શૂન્યના પ્રતિકારમાં તીવ્ર ઉછાળો આવે છે (પછીથી, વધુ સચોટ માપદંડો દર્શાવે છે કે આ તાપમાન 4.15 K છે). આ અસર સંપૂર્ણપણે અણધારી હતી અને તે સમયની પ્રવર્તમાન થિયરીઓ દ્વારા સમજાવી શકાતી નથી.

ઝીરો રેઝિસ્ટન્સ એ સુપરકન્ડક્ટરનું એકમાત્ર વિશિષ્ટ લક્ષણ નથી. સુપરકન્ડક્ટર અને આદર્શ વાહક વચ્ચેના મુખ્ય તફાવતો પૈકી એક મીસ્નર અસર છે, જે 1933માં વોલ્ટર મેઇસનર અને રોબર્ટ ઓચેનફેલ્ડ દ્વારા શોધાયેલ છે.

પાછળથી એવું જાણવા મળ્યું કે સુપરકન્ડક્ટરને બે મોટા પરિવારોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે: પ્રકાર I સુપરકન્ડક્ટર (જેમાં, ખાસ કરીને, પારો શામેલ છે) અને પ્રકાર II (જે સામાન્ય રીતે એલોય છે). વિવિધ ધાતુઓ). 1930માં L.V. અને A.A.એ 1950 ના દાયકામાં સુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવી હતી.

માટે વ્યવહારુ એપ્લિકેશનશક્તિશાળી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટમાં મહાન મૂલ્યમજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો સામનો કરવા અને ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા વહન કરવા સક્ષમ સુપરકન્ડક્ટર્સની 1950 ના દાયકામાં શોધ થઈ હતી. આમ, 1960 માં, J. Künzler ના નેતૃત્વ હેઠળ, Nb 3 Sn સામગ્રી મળી આવી હતી, જેમાંથી એક વાયર 4.2 K ના તાપમાને 100 kA/cm² સુધીની ઘનતા સાથે પ્રવાહ પસાર કરવામાં સક્ષમ છે. 8.8 Tનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર.

સુપરકન્ડક્ટરના ગુણધર્મો

શૂન્ય વિદ્યુત પ્રતિકાર

ઉચ્ચ-આવર્તન ક્ષેત્રમાં સુપરકન્ડક્ટર

કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, સુપરકન્ડક્ટરનો પ્રતિકાર શૂન્ય છે તે નિવેદન માત્ર સીધા વિદ્યુત પ્રવાહ માટે સાચું છે. વૈકલ્પિક વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં, સુપરકન્ડક્ટરનો પ્રતિકાર શૂન્ય નથી અને ક્ષેત્રની આવર્તન સાથે વધે છે. આ અસર, સુપરકન્ડક્ટરના બે-પ્રવાહી મોડેલની ભાષામાં, ઇલેક્ટ્રોનના સુપરકન્ડક્ટિંગ અપૂર્ણાંક સાથે, સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી દ્વારા સમજાવવામાં આવે છે, જેની સંખ્યા, જોકે, નાની છે. જ્યારે સુપરકન્ડક્ટરને સતત ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવે છે, ત્યારે સુપરકન્ડક્ટરની અંદરનું આ ક્ષેત્ર શૂન્ય બની જાય છે, કારણ કે અન્યથા સુપરકન્ડક્ટિંગ ઇલેક્ટ્રોન અનંત સુધી વેગ આપે છે, જે અશક્ય છે. જો કે, કિસ્સામાં ચલ ક્ષેત્રસુપરકન્ડક્ટરની અંદરનું ક્ષેત્ર બિન-શૂન્ય છે અને અન્ય વસ્તુઓની સાથે, સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોનને વેગ આપે છે, જેની સાથે મર્યાદિત વિદ્યુત પ્રતિકાર અને જૌલ થર્મલ નુકસાન બંને સંકળાયેલા છે. આ અસરખાસ કરીને પ્રકાશની તે ફ્રીક્વન્સીઝ માટે ઉચ્ચારવામાં આવે છે જેના માટે ક્વોન્ટમ ઊર્જા સુપરકન્ડક્ટિંગ ઇલેક્ટ્રોનને સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોનના જૂથમાં સ્થાનાંતરિત કરવા માટે પૂરતી છે. આ આવર્તન સામાન્ય રીતે ઇન્ફ્રારેડ પ્રદેશ (લગભગ 10 11 હર્ટ્ઝ) માં આવેલું છે, તેથી, દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં, સુપરકન્ડક્ટર વ્યવહારીક રીતે સામાન્ય ધાતુઓથી અલગ નથી.

સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં તબક્કો સંક્રમણ

ગરમીની ક્ષમતામાં ફેરફારની પ્રકૃતિ (c v, વાદળી ગ્રાફ) અને પ્રતિકારકતા(ρ, લીલો), સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્થિતિમાં તબક્કાના સંક્રમણ દરમિયાન

શુદ્ધ નમૂનાઓ માટે સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિમાં સંક્રમણની તાપમાન શ્રેણી કેલ્વિનના હજારમા ભાગથી વધુ નથી અને તેથી ચોક્કસ મૂલ્યનો અર્થ થાય છે. ટી એસ- સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં સંક્રમણનું તાપમાન. આ જથ્થો કહેવામાં આવે છે નિર્ણાયક સંક્રમણ તાપમાન. સંક્રમણ અંતરાલની પહોળાઈ ધાતુની વિવિધતા પર આધાર રાખે છે, મુખ્યત્વે અશુદ્ધિઓની હાજરી અને આંતરિક તણાવ. વર્તમાન જાણીતા તાપમાન ટી એસમેગ્નેશિયમ (Mg) માટે 0.0005 K થી નિઓબિયમ અને જર્મેનિયમ (Nb 3 Ge, ફિલ્મમાં) ના ઇન્ટરમેટાલિક સંયોજન માટે 23.2 K અને નીચા-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર્સ માટે મેગ્નેશિયમ ડાયબોરાઇડ (2) માટે 39 K બદલાય છે. ટી એસ 77 K ની નીચે, ઉત્કલન બિંદુ પ્રવાહી નાઇટ્રોજન), પારો ધરાવતા ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર માટે આશરે 135 K સુધી. હાલમાં, HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+d (Hg−1223) તબક્કો સૌથી વધુ છે જાણીતું મૂલ્યનિર્ણાયક તાપમાન - 135 K, અને 350 હજાર વાતાવરણના બાહ્ય દબાણ પર, સંક્રમણ તાપમાન 164 K સુધી વધે છે, જે ફક્ત 19 K નીચું છે લઘુત્તમ તાપમાન, માં નોંધાયેલ કુદરતી પરિસ્થિતિઓપૃથ્વીની સપાટી પર. આમ, તેમના વિકાસમાં સુપરકન્ડક્ટરો મેટાલિક પારા (4.15 K) થી પારો ધરાવતા ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટર (164 K)માં ગયા છે.

સુપરકન્ડક્ટીંગ અવસ્થામાં પદાર્થનું સંક્રમણ તેના થર્મલ ગુણધર્મોમાં ફેરફાર સાથે છે. જો કે, આ ફેરફાર પ્રશ્નમાં રહેલા સુપરકન્ડક્ટરના પ્રકાર પર આધારિત છે. આમ, સંક્રમણ તાપમાન પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની ગેરહાજરીમાં પ્રકાર I સુપરકન્ડક્ટર માટે ટી સીસંક્રમણની ગરમી (શોષણ અથવા પ્રકાશન) શૂન્ય બની જાય છે, અને તેથી ગરમીની ક્ષમતામાં ઉછાળો આવે છે, જે ΙΙ ક્રમના તબક્કાના સંક્રમણની લાક્ષણિકતા છે. સુપરકન્ડક્ટરના ઇલેક્ટ્રોનિક સબસિસ્ટમની ગરમીની ક્ષમતાની આ તાપમાન અવલંબન એ સુપરકન્ડક્ટરની જમીનની સ્થિતિ અને પ્રાથમિક ઉત્તેજનાના સ્તર વચ્ચેના ઇલેક્ટ્રોનના વિતરણમાં ઊર્જા અંતરની હાજરી સૂચવે છે. જ્યારે સુપરકન્ડક્ટિંગ રાજ્યમાંથી સામાન્ય સ્થિતિમાં સંક્રમણ લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્રને બદલીને હાથ ધરવામાં આવે છે, ત્યારે ગરમીનું શોષણ કરવું આવશ્યક છે (ઉદાહરણ તરીકે, જો નમૂના થર્મલી ઇન્સ્યુલેટેડ હોય, તો તેનું તાપમાન ઘટે છે). અને આ 1 લી ઓર્ડરના તબક્કાના સંક્રમણને અનુરૂપ છે. પ્રકાર II સુપરકન્ડક્ટર્સ માટે, કોઈપણ શરતો હેઠળ સુપરકન્ડક્ટિંગથી સામાન્ય સ્થિતિમાં સંક્રમણ હશે તબક્કો સંક્રમણહું દયાળુ છું.

Meissner અસર

પણ વધુ મહત્વપૂર્ણ મિલકતશૂન્ય વિદ્યુત પ્રતિકાર કરતાં સુપરકન્ડક્ટર એ કહેવાતી મીસ્નર અસર છે, જેમાં સુપરકન્ડક્ટર દ્વારા ચુંબકીય પ્રવાહને બહાર કાઢવાનો સમાવેશ થાય છે. આમાંથી પ્રાયોગિક અવલોકનસુપરકન્ડક્ટરની અંદર અનડેમ્પ્ડ પ્રવાહોના અસ્તિત્વ વિશે એક નિષ્કર્ષ દોરવામાં આવે છે, જે એક આંતરિક ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે જે બાહ્ય લાગુ ચુંબકીય ક્ષેત્ર તરફ વિપરિત રીતે નિર્દેશિત થાય છે અને તેના માટે વળતર આપે છે.

આઇસોટોપિક અસર

આઇસોટોપિક અસરસુપરકન્ડક્ટર માટે તે તાપમાન છે ટી એસવિપરિત પ્રમાણસર ચોરસ મૂળથી અણુ સમૂહસમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ તત્વના આઇસોટોપ્સ.

લંડનની ક્ષણ

ફરતું સુપરકન્ડક્ટર પરિભ્રમણની ધરી સાથે ચોક્કસ રીતે સંરેખિત ચુંબકીય ક્ષેત્ર પેદા કરે છે, પરિણામે ચુંબકીય ક્ષણ"લંડન મોમેન્ટ" કહેવાય છે. તેનો ઉપયોગ, ખાસ કરીને, વૈજ્ઞાનિક ઉપગ્રહ "ગ્રેવીટી પ્રોબ બી" માં કરવામાં આવ્યો હતો, જ્યાં ચાર સુપરકન્ડક્ટીંગ ગાયરોસ્કોપના ચુંબકીય ક્ષેત્રો તેમના પરિભ્રમણની અક્ષો નક્કી કરવા માટે માપવામાં આવ્યા હતા. ગાયરોસ્કોપના રોટર્સ લગભગ સંપૂર્ણ સુંવાળા ગોળા હોવાથી, લંડન મોમેન્ટનો ઉપયોગ તેમની પરિભ્રમણની ધરી નક્કી કરવાની કેટલીક રીતોમાંની એક હતી.

સુપરકન્ડક્ટિવિટી અસરની સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી

પહેલેથી જ સુપરકન્ડક્ટિવિટીના અભ્યાસના પ્રમાણમાં પ્રારંભિક તબક્કે, ઓછામાં ઓછા ગિન્ઝબર્ગ-લેન્ડાઉ સિદ્ધાંતની રચના પછી, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું છે કે સુપરકન્ડક્ટિવિટી એ એક જ ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સ્થિતિમાં વહન ઇલેક્ટ્રોનની મેક્રોસ્કોપિક સંખ્યાના એકીકરણનું પરિણામ છે. આવા જોડાણમાં બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રોનની ખાસિયત એ છે કે તેઓ જાળી સાથે નાના ભાગોમાં ઊર્જાનું વિનિમય કરી શકતા નથી, જે જોડાણમાં તેમની બંધનકર્તા ઊર્જા કરતાં ઓછી હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન અંદર જાય છે સ્ફટિક જાળીઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા બદલાતી નથી, અને પદાર્થ શૂન્ય પ્રતિકાર સાથે સુપરકન્ડક્ટરની જેમ વર્તે છે. ક્વોન્ટમ યાંત્રિક વિશ્લેષણ બતાવે છે કે કોઈ સ્કેટરિંગ થતું નથી ઇલેક્ટ્રોન તરંગોજાળી અથવા અશુદ્ધિઓના થર્મલ સ્પંદનો પર. અને આનો અર્થ વિદ્યુત પ્રતિકારની ગેરહાજરી છે. ફર્મિઓન્સના જોડાણમાં કણોનું આવું સંયોજન અશક્ય છે. તે સમાન બોસોન્સના જોડાણની લાક્ષણિકતા છે. હકીકત એ છે કે સુપરકન્ડક્ટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોન બોસોનિક જોડીમાં જોડાય છે તે ચુંબકીય પ્રવાહ ક્વોન્ટમની તીવ્રતાને માપવાના પ્રયોગોમાંથી અનુસરે છે જે હોલો સુપરકન્ડક્ટિંગ સિલિન્ડરોમાં "સ્થિર" છે. તેથી, પહેલેથી જ છેલ્લી સદીના મધ્યમાં, સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો સિદ્ધાંત બનાવવાનું મુખ્ય કાર્ય ઇલેક્ટ્રોન જોડી બનાવવા માટેની પદ્ધતિનો વિકાસ હતો. સુપરકન્ડક્ટિવિટીના કારણોનું માઇક્રોસ્કોપિક સમજૂતી આપવાનો દાવો કરતો પ્રથમ સિદ્ધાંત બાર્ડીન-કૂપર-શ્રિફર સિદ્ધાંત હતો, જે તેમના દ્વારા છેલ્લી સદીના 50 ના દાયકામાં બનાવવામાં આવ્યો હતો. આ સિદ્ધાંતને BCS નામથી સાર્વત્રિક માન્યતા મળી અને 1972માં નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત થયો. તેમનો સિદ્ધાંત બનાવતી વખતે, લેખકોએ આઇસોટોપ અસર પર આધાર રાખ્યો હતો, એટલે કે, સુપરકન્ડક્ટરના નિર્ણાયક તાપમાન પર આઇસોટોપના સમૂહનો પ્રભાવ. એવું માનવામાં આવતું હતું કે તેનું અસ્તિત્વ ફોનોન મિકેનિઝમના સંચાલનને કારણે સુપરકન્ડક્ટિંગ રાજ્યની રચનાને સીધી રીતે સૂચવે છે.

BCS થિયરીએ કેટલાક પ્રશ્નોના જવાબ આપ્યા નથી. તેના આધારે તે નક્કી કરવું અશક્ય હોવાનું બહાર આવ્યું મુખ્ય કાર્ય- શા માટે ચોક્કસ સુપરકન્ડક્ટરનું ચોક્કસ નિર્ણાયક તાપમાન હોય છે તે સમજાવો. વધુમાં, આઇસોટોપિક અવેજી સાથેના વધુ પ્રયોગો દર્શાવે છે કે, ધાતુઓમાં આયનોના શૂન્ય-બિંદુ સ્પંદનોની અસંગતતાને કારણે, જાળીમાંના આંતરઆયોનિક અંતર પર આયન સમૂહની સીધી અસર થાય છે, અને તેથી તેની ફર્મી ઊર્જા પર સીધી અસર થાય છે. મેટલ તેથી, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે આઇસોટોપિક અસરનું અસ્તિત્વ ફોનોન મિકેનિઝમનો પુરાવો નથી, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોનની જોડી અને સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટના માટે જવાબદાર એકમાત્ર શક્ય છે. BCS થીયરી પ્રત્યે અસંતોષ વધુ છે પછીના વર્ષોસ્પિન ફ્લક્ચ્યુએશન મોડલ અને બાયપોલરોન મોડલ જેવા અન્ય મોડલ બનાવવાના પ્રયાસો તરફ દોરી ગયા. જો કે, જો કે તેઓએ ઇલેક્ટ્રોનને જોડીમાં સંયોજિત કરવા માટેની વિવિધ પદ્ધતિઓ ધ્યાનમાં લીધી, તેમ છતાં, આ વિકાસ પણ સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટનાને સમજવામાં પ્રગતિ તરફ દોરી શક્યો નથી.

ગણતરી કરેલ મૂલ્યોની સરખામણી નિર્ણાયક તાપમાનમાપન ડેટા સાથે સુપરકન્ડક્ટર.

B.V. Vasiliev દ્વારા પ્રસ્તાવિત તાજેતરના સિદ્ધાંતોમાંથી એક અનુસાર, ઇલેક્ટ્રોન જોડી એ સુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટના અસ્તિત્વ માટે જરૂરી પરંતુ અપૂરતી સ્થિતિ છે. તદુપરાંત, કઈ વિશિષ્ટ પદ્ધતિ આવી જોડી તરફ દોરી જાય છે તે એટલું મહત્વનું નથી. તે મહત્વનું છે કે આવી મિકેનિઝમ અસ્તિત્વમાં છે અને તે સમગ્ર તાપમાન શ્રેણી પર કાર્યરત છે જ્યાં સુપરકન્ડક્ટિંગ સ્થિતિ અસ્તિત્વમાં છે.

આનું કારણ નીચે મુજબ સમજાવવામાં આવ્યું છે: જોડીમાં સંયોજિત કરીને, ઇલેક્ટ્રોન બોસોન બનાવે છે જે એક સમાન જોડાણમાં જોડાયેલા નથી. તેઓ અસંબંધિત શૂન્ય ઓસિલેશન દ્વારા અલગ પડે છે. બોસોન્સના એક સમાન સ્થિતિમાં સંક્રમણ માટે, તેમના શૂન્ય-બિંદુ સ્પંદનોનો ક્રમ આપવો જરૂરી છે. આ કારણોસર, માં શૂન્ય-બિંદુ ઓસિલેશનના ઓર્ડરિંગ મિકેનિઝમને દર્શાવતા પરિમાણો ઇલેક્ટ્રોન ગેસ, સુપરકન્ડક્ટર્સના ગુણધર્મો માટે નિર્ણાયક હોવાનું બહાર આવ્યું છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટીનો ઉપયોગ

ઉચ્ચ-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિવિટી મેળવવામાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ કરવામાં આવી છે. મેટલ સિરામિક્સ પર આધારિત, ઉદાહરણ તરીકે, રચના YBA 2 Cu 3 O x , પદાર્થો મેળવવામાં આવ્યા છે જેના માટે તાપમાન ટી સીસુપરકન્ડક્ટીંગ સ્ટેટમાં સંક્રમણ 77 K (નાઇટ્રોજન લિક્વિફેક્શન તાપમાન) કરતાં વધી જાય છે.

સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટનાનો ઉપયોગ મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે, કારણ કે જ્યારે મજબૂત પ્રવાહ સુપરકન્ડક્ટરમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો બનાવે છે ત્યારે ગરમીનું નુકસાન થતું નથી. જો કે, ચુંબકીય ક્ષેત્ર સુપરકન્ડક્ટિવિટીની સ્થિતિને નષ્ટ કરે છે તે હકીકતને કારણે, કહેવાતા કહેવાતા ચુંબકીય ક્ષેત્રોનો ઉપયોગ મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રો મેળવવા માટે થાય છે. પ્રકાર II સુપરકન્ડક્ટર્સ, જેમાં સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને ચુંબકીય ક્ષેત્રનું સહઅસ્તિત્વ શક્ય છે. આવા સુપરકન્ડક્ટર્સમાં, ચુંબકીય ક્ષેત્ર સામાન્ય ધાતુના પાતળા થ્રેડોના દેખાવનું કારણ બને છે જે નમૂનામાં પ્રવેશ કરે છે, જેમાંથી દરેક ચુંબકીય પ્રવાહ ક્વોન્ટમ ધરાવે છે. થ્રેડો વચ્ચેનો પદાર્થ સુપરકન્ડક્ટિંગ રહે છે. પ્રકાર II સુપરકન્ડક્ટરમાં કોઈ સંપૂર્ણ મીસ્નર અસર ન હોવાથી, સુપરકન્ડક્ટિવિટી ખૂબ ઊંચા ચુંબકીય ક્ષેત્ર મૂલ્યો સુધી અસ્તિત્વમાં છે. એચ c 2. નીચેના સુપરકન્ડક્ટરનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ટેકનોલોજીમાં થાય છે:

પણ જુઓ

• સુપરકન્ડક્ટિવિટી અને શૂન્ય-બિંદુ ઓસિલેશન

નોંધો

1. ડર્ક વાન ડેલ્ફ્ટ અને પીટર કેસસુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધ (અંગ્રેજી) // આજે ભૌતિકશાસ્ત્ર. - 2010. - વોલ્યુમ. 63. - પૃષ્ઠ 38-43.
2. એલેક્સી લેવિનસુપરકન્ડક્ટિવિટી તેની શતાબ્દી ઉજવે છે. Elements.ru (એપ્રિલ 8, 2011). ઑગસ્ટ 23, 2011 ના રોજ મૂળમાંથી આર્કાઇવ કરેલ. 8 એપ્રિલ, 2011 ના રોજ સુધારો.
3. વી.એલ. ગિન્ઝબર્ગ, ઇ.એ. એન્ડ્ર્યુશિનપ્રકરણ 1. સુપરકન્ડક્ટિવિટીની શોધ // સુપરકન્ડક્ટિવિટી ISBN 5-98281-088-6
4. વી.એલ. ગિન્ઝબર્ગ, ઇ.એ. એન્ડ્ર્યુશિનપ્રકરણ 5. સુપરકન્ડક્ટિવિટી સ્ટાર // સુપરકન્ડક્ટિવિટી. - 2જી આવૃત્તિ, સુધારેલ અને વિસ્તૃત. - આલ્ફા-એમ, 2006. - 112 પૃ. - 3000 નકલો.