أرشيف الموصلات - التعليم الاماراتي

بحث وكتابه عن الموصلات فائقة التوصيل لمادة الكيمياء

موصلات فائقة التوصيل

~ صنع يدي ~

بــاسبورد فــك الضغط :

uae.ii5ii.com

______________________________

دولة الإمارات العربية المــتحدة
وزارة التربية والتعليم الشبـــاب
مدرسه ————————

بحث وكتابة عن :

موصلات فائقة التوصيل

لمــــــــادة الكيمياء

إعداد :

—————————–

بإشراف المعلمة :

—————————–

تاريخ التسليم :

——————————

المقدمة :

تقسم المواد من حيث قدرتها على توصيل الكهرباء إلى عوازل ((Insulators)) مثل الخشب، وأنصاف الموصلات(Semiconductors) مثل السيلكون، و موصلات (Conductors) مثل النحاس، و لكن هناك نوعاً أخرا وهو ما يعرف باسم الموصلات فائقة التوصيل (Superconductors)

والموصلات فائقة التوصيل سميت هكذا نظرا لأنها عند درجة حرارة معينة (منخفضة نسبيا) تصبح مقاومتها للكهرباء مساوية للصفر، وتصبح قدرتها على التوصيل فائقة جداً، حيث أنه إذا ما وجد تيار كهربي في حلقة متصلة من هذه المادة فإنه سوف يسرى داخل الحلقة بدون وجود مصدر للجهد الكهربي.

الموضوع : نبذة تاريخية

قبل عام 1911 كان الاعتقاد السائد أن جميع المواد تصبح فائقة التوصيل للكهرباء فقط عند درجة حرارة الصفر المطلق أي -273oم. ولكن في تلك السنة لوحظ أن الزئبقي النقي تصبح مقاومته مساوية للصفر عند درجة حرارة 4 مطلق أي -269oم ويمكن الحصول على هذه الدرجات المنخفضة بتسبيل غاز الهيليوم. لقد كان هذا الاكتشاف مثيرا لاهتمام الكثير من العلماء لإيجاد تفسير علمي لهذه الظاهرة وخاصة بعد أن وجد أن هناك مواد أخرى لها نفس الخاصية عندما تبرد وهذا ما كان مخالفا للاعتقاد السائد آنذاك. ولكن تسييل غاز الهيليوم مكلف جدا من ناحية مادية، ولذلك كان البحث في هذا المجال محدوداً جداً إلى أن تم التوصل في عام 1986 إلى مركب فائق التوصيل للكهرباء، رمزه الكيميائي هو YBa2Cu3O7 عند درجة حرارة -180oم، ويمكن الحصول على هذه الدرجة بتسبيل غار النيتروجين و هذا غير مكلف و من هنا بدأت البحوث و التجارب العلمية تنشط لمحاولة فهم هذه الظاهرة وكيفية استغلالها في تطبيقات صناعية و تكنولوجية، و كذلك في البحث عن مواد تكون مقاومتها صفر عند درجات حرارة الغرفة أي 25م.

خصائص هذه المواد
عند درجة حرارة معينة تعرف بدرجة حرارة التحول تصبح مقاومته هذه المواد للتيار الكهربي مساوية للصفر.

اكتشف كذلك أن هذه المواد عند درجة حرارة التحول حساسة جداً للمجال المغناطيسي، حيث تنفر المجال المغناطسيى الخارجي أي أنها تعكس المجال المغناطيسي مهما ضعفت شدته.

هاتان الخاصيتان فتحت الأبواب أمام العلماء لاستغلالها في ابتكارات واختراعات ذات كفاءة عالية تدخل في معظم مجالات العلوم والتكنولوجيا، حيث أن هذه المواد (Superconductors) سوف تحل محل أنصاف الموصلات (Semiconductors) التي تدخل الآن في صناعة الترانزيستور و الدوائر الالكترونية المتكاملة.

بعض التطبيقات الهامة
إن اكتشاف مواد فائقة التوصيل للكهرباء عند درجات حرارة مرتفعة نسبيا سوف يجعلها تدخل في تركيب كل جهاز ممكن تصوره. أول هذه التطبيقات هو الحصول على وسيلة غير مكلفة لنقل التيار الكهربي، لأن التكاليف المادية لنقل التيار عبر أسلاك النحاس مرتفعة نظرا للفقد الكبير في الطاقة على شكل حرارة متبددة نتيجة مقاومة السلك النحاسي، كذلك إذا ما قارنا قيمة التيار الذي يمكن نقله عبر السلك النحاسي حيث تبلغ شدته 100 أمبير لكل سنتيمتر مربع بينما في السلك المصنوع من مركب الـ YBa2Cu3O7 تبلغ 100000 أمبير لكل سنتيمتر مربع.
كذلك فإن هذه المواد لها تطبيقات عديدة في مجال الالكترونيات لما تمتاز به من قدرة عالية في فتح و إغلاق الدائرة الكهربية لتمرير التيار ومنعه، وهذا يشكل العنصر أساسي في بنية الكمبيوتر والبحث جارى الآن لإدخال هذه المواد في صناعة السوبر كمبيوتر، وإذا ما توصل إلى ذلك فإن هذا سوف يؤدى إلى تطور كبير في مجال الكمبيوتر. أما في مجال الطب فقد تم صناعة أجهزة ذات حساسية عالية جدا للمجالات المغناطيسية المنخفضة الشدة، وتستخدم الآن كبديل للمواد المشعة المستخدمة في تشخيص الأمراض التي قد تصيب الدماغ، حيث يتم الكشف عن التغير في المجال المغناطيسي المنبعث من الدماغ والتي تبلغ شدته 10-13 تسلا، وهذا مقدار صغير جداً لكن تلك الأجهزة قادرة على قياسه، كذلك يمكن بدقة تحديد مصدر الإشارات العصبية الصادرة من الدماغ وأيضا يمكن أن تستخدم في البحث عن المعادن الدفينة في باطن الأرض وعن مصادر المياه والنفط لأنها تحدث تغيراً طفيفاً في المجال المغناطيسي للأرض وهذا التغير يمكن التقاطه بواسطة هذه الأجهزة.
وهنالك أيضا تطبيقات على مجال أوسع، ففي اليابان تم تصميم قطار يعمل على قضبان مصنوعة من هذه المواد فائقة التوصيل، وعندما تبرد هذه القضبان إلى درجة الحرارة المطلوبة فإن القطار بكامله يرتفع عن سطح القضبان نتيجة التنافر المغناطيسي ويصبح وكأنه يسير على الهواء وهذا يمنع الاحتكاك مما يقلل من استهلاك الوقود..

في عام 1911م عندما كان العالم Onnes يقيس مقاومة الزئبقي المتجمد عند درجة حرارة بالقرب من الصفر المطلق. قد وجد أن المقاومة تنخفض بشكل كبير عند درجة 4,15 كلفن وتصبح المادة عند درجات الحرارة الأقل من هذه الدرجة الحرجة Tc موصلية فائقة.
ثم بعد ذلك وجدت مواد أخرى تتمتع بتلك الخاصية مثل :
الالومنيوم AL والدرجة الحرجة = 1.2K
أنديم والدرجة الحرجة = 3,4
الرصاص والدرجة الحرجة = 7,19
الزئبقي والدرجة الحرجة =4.15
نيوبيوم والدرجة الحرجة = 9.26
أوزميوم والدرجة الحرجة =0.66
قصدير والدرجة الحرجة =3.72
تنجستون والدرجة الحرجة =0.012
فنديوم والدرجة الحرجة =5.3
زنك والدرجة الحرجة = 0.87

وبالإضافة إلى ذلك فقد وجد أن بعض السبائك والمركبات السيراميكية تظهر موصلية فائقة عند درجات حرارة أعلى بكثير من تلك التي تظهر عندها في الفلزات النقية.
خواص الموصلات الفائقة
ظاهرة الرفع
بما أن الموصل الفائق هو موصل تام التوصيل . أي ليس له مقاومة كهربية على الإطلاق فإذا أدخل تيارا كهربيا في دائرة من سلك فائق التوصيل يستمر هذا التيار في السريان إلى ما شاء الله. طالما استمر تبريد السلك ليظل محتفظا بموصلية الفائقة , ففي إحدى التجارب استمر سريان التيار بدون انقطاع في حلقة من سلك فائق التوصيل لمدة عامين ونصف دون أي نقص في شدته ودون تغذية الحلقة بأي مصدر كهربائي. ويسمى التيار الذي لا يجد أي مقاومة لسريانه في موصل فائق يسمى بالتيار المداوم Persistent Current
تحدث التيارات المداومة في دوائر الموصلات الفائقة مجالات مغناطيسية متغيرة ينشأ عنها ظاهرة الرفع المثيرة .
فإذا أسقط مغناطيس صغير فوق موصل فائق أحدث مجال المغناطيس على سطح الموصل الفائق تيارات مداومة . وتحدث هذه التيارات قوى تنافر مع المغناطيس تقوى وتشتد كثيرا باقتراب المغناطيس من الموصل الفائق ويكون نتيجتها رفع المغناطيس في الهواء فيظهر وكأنه عائم في الهواء غير مرتكز على شيء.

وقد أستخدم اليابانيون ظاهرة الرفع هذه في تصميم قطار طائر سريع تقترب سرعت من سرعة رصاصة البندقية (500 كم/ساعة) …
المجال المغناطيسي الحرج والنوع الأول من الموصلات الفائقة
تتكون مجالات مغناطيسية قوية عند مرور التيارات المداومة في ملفات الموصلات الفائقة .التي تعمل عمل مغنطيسات دائمة لا تحتاج لأي مصدر طاقة لحفظ المغناطيسية.
إذ تحتاج فقط لشحن الملف بكمية ابتدائية من الطاقة لكي يسرى هذا التيار المداوم في الملف . وطالما لا توجد للملف أية مقاومة كهربية لذلك فمن الممكن نظريا زيادة شدة التيار المداوم بغير حدود. ويصاحب ذلك بالتبعية زيادة في شدة المجال المغناطيسي أيضا بغير حدود.

ولكن الواقع غير ذلك فقد وجد أنه إذا زاد المجال المغناطيسي عن قيمة معينة – يسمى بالمجال الحرج Hc – تختفي تماما ظاهرة الموصلية الفائقة للمادة وتتحول إلى مادة عادية التوصيل. ويطلق على هذا النوع من الموصلات بالنوع الأول.
ولذلك توضع زيادة شدة التيار المداوم قيدا على إمكانية الحصول على مجالات مغناطيسية لا نهائية الشدة.

الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة المرتفعة
منذ اكتشاف الموصلية الفائقة والعلماء يحاولون الحصول على موصلات فائقة تكون درجاتها الحرجة مرتفعة. وكانت أعلى درجة حرجة أمكن الوصول إليها لموصل فائق حتى عام 1986م هي 23,2 كلفن وكانت لمادة (Nb3Ge) النيوبيوم -جرمانيوم.
وفى هذا العام تقدم بدنورز ومولر باكتشاف مركب اللانثام والباريوم وأكسيد النحاس La2 Ba1 Cu O4 . يرفع الدرجة الحرجة إلى 30 كلفن وقد حصل هذان العالمان على جائزة نوبل عام 1987م لهذا الاكتشاف الذي يعد بحق فتحا لتكنولوجيا الموصلات الفائقة.

في عام 1987م أعلن مجموعة من العلماء بجامعة هيوستن توصلهم لموصل فائق من طور مختلط يحتوى على مواد الإيتريوم والباريوم والنحاس والأكسجين الذي له موصلية فائقة تصل لدرجة 92 كلفن و لما كانت الدرجة الحرجة لهذه المادة أعلى من درجة غليان النيتروجين السائل (77 كلفن) لذلك فإن وجود مبرد رخيص وفى متناول الكثيرين كالنيتروجين السائل فتح أبواب البحث في موضوع الموصلية الفائقة على مصراعيه خاصة بعد أن أصبحت طريقة تحضير هذا الموصل الفائق معروفة للجميع.

الخاتمة :

ويعود السبب في اهتمام العلماء في هذه الأيام بالبحث العلمي لاكتشاف المزيد من الموصلات الفائقة عند درجات الحرارة المرتفعة للعوامل التالية :

1- سهولة الحصول على أكاسيد الفلزات وتحضيرها.

2- لهذه المواد درجات حرارة حرجة تزيد في بعض الحالات عن 100 كلفن كما أن لها مجالا مغناطيسيا حرجا مرتفعا.

3- لا يزال موطن الموصلية الفائقة في المركب- كذلك ميكانيكية التوصيل وخواصه المختلفة تحتاج للمزيد من الدراسة والمعتقد حاليا أن موطن الموصلية الفائقة يكمن في طبقات (النحاس – أكسجين) في المركب وزيادة كثافة هذه الطبقات ترفع من الدرجة الحرجة للمركب.

4- التوقعات التكنولوجية الهامة والتطبيقات المحتملة عند الحصول على موصل فائق يعمل على درجة حرارة الغرفة أي تكون درجة حرارته الحرجة أعلى من ذلك . وعندئذ سوف يتغير تماما شكل جميع التكنولوجيا الكهربائية المستخدمة حاليا في الحياة ويخدر بالذكر أنه في أوائل التسعينيات أمكن للعلماء رفع الدرجة الحرجة للموصل الفائق التوصيل إلى 125 كلفن.

المصدر :

http://www.bytocom.com/vb/showthread.php?p=67695
معهد الإمارات التعليمي www.uae.ii5ii.com

_____________________________

تجـــدونهـــاآ مــع الترتيب فـــي المرفقـــاآت

الملفات المرفقة

موصلات فائقه التوصيل.rar‏ (56.1 كيلوبايت, 323 مشاهدات)

لقراءة ردود و اجابات الأعضاء على هذا الموضوع اضغط هناسبحان الله و بحمده

Space Travel
From Wikipedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search
For travel through space, see Human spaceflight.
Space Travel was an early computer game that simulated travel in the solar system. It was the development of this game that spurred the development of the Unix operating system.[1][2][3][4] It is sometimes claimed that the unrelated game Spacewar! had led to the development of Unix. While Spacewar! was an early (and much more popular) computer game, such claims are not accurate and have likely arisen from confusion of the two different games.

Development history
The game was originally written in 1969 by Ken Thompson for a Multics system, then ported by him to Fortran on a GECOS system, and eventually ported by Thompson and Dennis Ritchie to a PDP-7. It was in the process of porting the game to the PDP-7’s assembly language that Thompson and Ritchie wrote underlying code that eventually grew into the original UNICS/Unix operating system. Some consider Space Travel the first Unix application program.
A human spaceflight is a spaceflight with a human crew, and possibly passengers. This makes it unlike robotic space probes or remotely-controlled satellites. Human spaceflight is sometimes called manned spaceflight, a term now deprecated by major space agencies in favor of its gender-neutral alternative.

As of 2022, only the Space Shuttle program and the Soyuz programme are actively launching human spaceflights. The Shenzhou program last launched a human spaceflight in 2022.
Introduction
While the observation of objects in space—known as astronomy—pre-dates reliable recorded history, it was the development of large liquid-fueled rocket engines during the early 20th century that allowed space exploration to become a practical possibility. Common rationales for exploring space include advancing scientific research, uniting different nations, ensuring the future survival of humanity and developing military/strategic advantages against other countries.

Space exploration has often been used as a proxy competition for geopolitical rivalries such as the Cold War. The early era of space exploration was driven by a "Space Race" between the Soviet Union and the United States; the launch of the first man-made object to orbit the Earth, the USSR’s Sputnik 1, on October 4, 1957, and the first Moon landing by the American Apollo 11 craft on July 20, 1969 are often taken as the boundaries for this initial period. The Soviet space program achieved many of the first milestones under Sergey Korolyov and Kerim Kerimov, including the first human spaceflight (Yuri Gagarin aboard Vostok 1) in 1961, the first spacewalk (by Aleksei Leonov) in 1965, and the launch of the first space station (Salyut 1) in 1971.

After the first 20 years of exploration, focus shifted from one-off flights to renewable hardware, such as the Space Shuttle program, and from competition to cooperation as with the International Space Station. From the 1990s onwards, private interests began promoting space tourism. Larger government programs have advocated manned missions to the Moon and possibly Mars sometime after 2022.

Various criticisms of Space Exploration are sometimes made, on cost or safety grounds, but the people of many countries are nevertheless usually supportive of programs.

History
See also: Timeline of space exploration

[First orbital flights

Laika, in 1957, became the first living being to be launched into space.The first successful orbital launch was of the Soviet unmanned Sputnik (Satellite I) mission on October 4, 1957. The satellite weighed about 83 kg (184 pounds), and is believed to have orbited Earth at a height of about 250 km (150 miles). It had two radio transmitters (20 and 40 MHz), which emitted "beeps" that could be heard by any radio around the globe. Analysis of the radio signals was used to gather information about the electron density of the ionosphere, while temperature and pressure data was encoded in the duration of radio beeps. The results indicated that the satellite was not punctured by a meteoroid. Sputnik 1 was launched by an R-7 rocket. It incinerated upon re-entry on January 3, 1958.

This success led to an escalation of the American space program, which unsuccessfully attempted to launch Vanguard 1 into orbit two months later. On January 31, 1958, the U.S. successfully orbited Explorer I on a Juno rocket. In the meantime, the Soviet dog Laika became the first animal in orbit on November 3, 1957.

[First human flights

Yuri Gagarin was the first man in space.The first human spaceflight was Vostok 1 (East 1), carrying 27 year old cosmonaut Yuri Gagarin on April 12, 1961. The spacecraft completed one orbit around the globe, lasting about 1 hour and 48 minutes. Gagarin’s flight resonated around the world; it was a demonstration of the more advanced Soviet space program and it opened an entirely new era in space exploration — human spaceflight.

The U.S. first launched a person into space within a month of Gagarin’s flight with the first Mercury flight, by Alan Shepard. Orbital flight was achieved by the United States when John Glenn’s Mercury-Atlas 6 orbited the Earth on February 20, 1962.

Valentina Tereshkova, the first woman in space, orbited the Earth 48 times aboard Vostok 6 on June 16, 1963.

China first launched a person into space 42 years after the launch of Vostok 1, on October 15, 2022, with the flight of Yang Liwei aboard the Shenzhou 5 (Spaceboat 5) spacecraft.

atmosphere was driven by rocket technology. The German V2 was the first rocket to travel into space, overcoming the problems of thrust and material failure. During the final days of World War II this technology was obtained by both the Americans and Soviets as were its designers. The initial driving force for further development of the technology was a weapons race for inter-continental ballistic missiles (ICBMs) to be used as long-range carriers for fast nuclear weapon delivery, but in 1961 when USSR launched the first man into space, the U.S. declared itself to be in a "Space Race" with Russia.

Kerim Kerimov was one of the founders of the Soviet space program.Konstantin Tsiolkovsky, Robert Goddard, Hermann Oberth and Reinhold Tilling laid the groundwork of rocketry in the early years of the 20th century.
Wernher von Braun was the lead rocket engineer for Nazi Germany’s World War II V-2 rocket project. In the last days of the war he led a caravan of workers in the German rocket program to the American lines, where they surrendered and were brought to the USA to work on U.S. rocket development. He acquired American citizenship and led the team that developed and launched Explorer I, the first American satellite. Von Braun later led the team at NASA’s Marshall Space Flight Center which developed the Saturn V moon rocket.
Initially the race for space was often led by Sergey Korolyov, whose legacy includes both the R7 and Soyuz—which remain in service to this day. Korolev was the mastermind behind the first satellite, first man (and first woman) in orbit and first spacewalk. Until his death his identity was a closely guarded state secret; not even his mother knew that he was responsible for creating the Russian space program.
Kerim Kerimov was one of the founders of the Soviet space program and was one of the lead architects behind the first human spaceflight (Vostok 1) alongside Sergey Korolyov. After Korolyov’s death in 1966, Kerimov became the lead scientist of the Soviet space program and was responsible for the launch of the first space stations from from 1971 to 1991, including the Salyut and Mir series, and their precursors in 1967, the Cosmos 186 and Cosmos 188.[2][3]
Other key people included:

Valentin Glushko held role of Chief Engine Designer for USSR. Glushko designed many of the engines used on the early Soviet rockets, but was constantly at odds with Korolev.
Vasily Mishin, Chief Designer working under Sergei Korolev and one of first Soviets to inspect the captured German V2 design. Following the death of Sergei Korolev, Mishin was held responsible for the Soviet failure to be first country to place a man on the moon.
Bob Gilruth, was the NASA head of the Space Task Force and director of 25 manned space flights. Gilruth was the person who suggested to John F. Kennedy that the Americans take the bold step of reaching the Moon in an attempt to reclaim space superiority from the Soviets.
Christopher C. Kraft, Jr., was NASA’s first flight director and oversaw development of Mission Control and associated technologies and procedures.