มีการแนะนำว่า บทความนี้ควรกับ สภาพนำยวดยิ่ง () |
สมบัติของตัวนำยวดยิ่ง หมายถึง สารที่อยู่ในสถานะนำยวดยิ่งมีสมบัติหลายประการที่แตกต่างกันจากสารที่อยู่ในสถานะนำปกติต่อไปนี้จะกล่าวถึงสมบัติเบื้องต้นของตัวนำยวดยิ่งทั้งแบบเดิมและตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง อาทิเช่น ความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์ ปรากฏการณ์ไมสเนอร์ สนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ไอโซโทป และความไม่ต่อเนื่องของฟลักซ์แม่เหล็ก
สมบัติทางไฟฟ้าของตัวนำยวดยิ่ง
ในปี พ.ศ. 2451 (T.A.Vanderah. 1990) นักฟิสิกส์ชาวเนเธอแลนด์ ชื่อคาร์เมอร์ลิงน์ ออนเนส (Kamerling Onnes) ได้ทำฮีเลียมเหลวขึ้นมาได้ ต่อมาในปี พ.ศ. 2454 ออนเนสได้ทำการวัดสภาพต้านทานไฟฟ้าของปรอทบริสุทธิ์เป็นครั้งแรก โดยได้ใส่ปรอทลงในภาชนะรูปวงแหวน จากนั้นนำไปแช่ในฮีเลียมเหลวเมื่ออุณหภูมิของสารลดลงแล้ว พบว่าสภาพต้านทานไฟฟ้าของปรอทมีค่าเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิประมาณ 4.2 เคลวิน โดยอุณหภูมินี้เป็นอุณหภูมิที่ปรอทเกิดการเปลี่ยนสถานะ จากสถานะปกติเป็นสถานะนำยวดยิ่งอย่างทันทีทันใด เรียกอุณหภูมินี้ว่า อุณหภูมิวิกฤต (Critical Temperature,Tc) ซึ่งปรอทไร้สภาพต้านทานไฟฟ้าที่อุณหภูมินี้ ต่อจากนั้นมาเขาก็ได้ทดลองวัดสภาพต้านทานไฟฟ้าของโลหะชนิดต่างๆ เพิ่มเติม เช่น ตะกั่ว (Pb) ดีบุก (Sn) ไนโอเบียม (Nb)
โดยโลหะที่ทดลองเพิ่มเติมเหล่านี้มีค่าอุณหภูมิวิกฤต เท่ากับ 3.69, 7.26 และ 9.2 เคลวิน ตามลำดับ ในการค้นพบตัวนำยวดยิ่งยุคแรกๆ ค่าอุณหภูมิวิกฤตของสารค่อนข้างต่ำโดยไม่เกิน 10 เคลวิน และเรียกตัวนำยวดยิ่งกลุ่มนี้ว่าตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิต่ำ (Low Temperature Superconductors) หรือ ตัวนำยวดยิ่งแบบดั้งเดิม (Conventional Superconductors) เมื่อตัวนำยวดยิ่งที่ไร้สภาพต้านทานไฟฟ้า จะทำให้กระแสที่ให้เข้าไปไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่อเวลาผ่านไป เรียกกระแสไฟฟ้านี้ว่า (Persistent Current) หรือกระแสไฟฟ้ายวดยิ่ง (Supercurrent)
จากกฎของแอมแปร์(Ampere’ s Law) ที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า จะพบว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลวนรอบวงแหวนของตัวนำยวดยิ่งที่มีค่าความเหนี่ยวนำตนเอง (L) เมื่อกระแสไฟฟ้ามีค่าลดลงเนื่องจากมีความต้านทานไฟฟ้าจะได้ค่าคงที่เวลา (Time Constant) มีสมการเป็น τ= L/R และพบว่า ค่ากระแสนี้มีระยะเวลาประมาณ 100,000 ปี เมื่อนำมาหาค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า จะได้ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าที่น้อยมากๆ ซึ่งเท่ากับ 10-26 Ω.m ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้านี้มีค่าน้อยกว่าสถานะปกติ มากกว่า 1018 เท่า ซึ่งปกติแล้วสภาพต้านทานไฟฟ้าของทองแดงถือว่าเป็นโลหะนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดชนิดหนึ่ง ณ อุณหภูมิห้องมีค่าประมาณ 10-8 Ω.m ดังนั้นจึงถือเป็นข้อพิสูจน์ได้อย่างสมเหตุสมผลว่ามีความต้านทานไฟฟ้าเป็นศูนย์จริงในตัวนำยวดยิ่ง นอกจากนี้กระแสยืนยงจะมีอยู่ได้เมื่อค่าของกระแสมีค่าที่ต่ำกว่าค่ากระแสค่าหนึ่งเท่านั้นและถ้ากระแสที่ไหลผ่านมีค่าสูงกว่าค่านี้แล้วจะทำให้สภาพนำยวดยิ่งถูกทำลายกลายสภาพเป็นตัวนำปกติได้ทันที เรียกกระแสที่ทำลายสภาพนำยวดยิ่งนี้ว่า (Critical Current, Jc) ค่ากระแสนี้ มีค่าไม่เท่ากันขึ้นกับตัวนำยวดยิ่งแต่ละชนิด
สมบัติทางแม่เหล็กของตัวนำยวดยิ่ง
ในปี พ.ศ. 2476 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อไมส์เนอร์ และโอเซนฟิลด์ (Meissner& Ochsenfeld. 1933) ได้ทำการทดลองและพบว่าเมื่อตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กภายนอกกับตัวนำยวดยิ่งนี้ ตัวนำยวดยิ่งจะไม่ยอมให้สนามแม่เหล็กพุ่งผ่านเข้าไปในเนื้อได้เลยและยังผลักสนามแม่เหล็กออกอีกด้วย จึงเรียก ปรากฏการณ์นี้ว่า ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์และโอเซนฟิลด์ ต่อมาเรียกสั้นๆ ว่าปรากฏการณ์ไมส์เนอร์
ปรากฏการณ์ไมส์เนอร์เป็นปรากฏการณ์ที่นิยมใช้ในการทดสอบว่าสารมีสภาพนำยวดยิ่งซึ่งเกิดขึ้น จากการให้สนามแม่เหล็กภายนอกเข้าไปในขณะที่สารมีสภาพนำยวดยิ่ง สนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ผิวของตัวนำยวดยิ่งและกระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ให้เข้าไปจึงทำให้สนามแม่เหล็กภายในของสารนั้นมีค่าเป็นศูนย์ จากปรากฏการณ์ข้างต้นจึงจัดว่าตัวนำยวดยิ่งมีคุณสมบัติเป็นสารแม่เหล็กไดอาแบบสมบูรณ์ (Perfect Diamagnetic) การค้นหาสมบัติยังคงมีอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2498 เดเวอร์และแฟร์แบงค์ (Deaver & Fairbank. 1961) ได้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางไฟฟ้าและสมบัติทางแม่เหล็กของตัวนำยวดยิ่งอีกประการหนึ่ง เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ฟลักซ์แม่เหล็กแบบ ควอนไทด์เซชัน (Flux Quantization) โดยการนำตัวนำยวดยิ่งมาทำเป็นรูปวงแหวนและให้สนามแม่เหล็กเข้าไป ตัวนำยวดยิ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิวิกฤต สนามแม่เหล็กจะสามารถพุ่งผ่านตัวนำยวดยิ่งได้และถ้าลดอุณหภูมิของวงแหวนให้ต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤตแล้วให้สนามแม่เหล็กเข้าไปอีกครั้ง สนามแม่เหล็กดังกล่าวจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำไหลวนในวงแหวนและจะสร้างสนามแม่เหล็กพุ่งผ่านตรงช่องว่างของวงแหวน
ปรากฏการณ์ไอโซโทป
เป็นปรากฎการณ์จากการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กับมวลไอโซโทป (M) ค่าต่างๆของตัวนำยวดยิ่ง พบว่าสามารถเขียนความสัมพันธ์ได้ดังสมาการ
M∝ Tc = ค่าคงตัว
เมื่อ α คือค่าคงตัวของไอโซโทป และต่อมาเมื่อทำการทดลองกับสารอื่นจะพบว่ามีสัมประสิทธิ์ของไอโซโทปตามตารางที่ 1.1 ดังนี้
ธาตุ | A | ธาตุ | A |
---|---|---|---|
Zn | 0.45±0.05 | Ru | 0.00±0.05 |
Cd | 0.32±0.07 | Os | 0.15±0.05 |
Sn | 0.47±0.02 | Mo | 0.33 |
Hg | 0.50±0.03 | Nb3Sn | 0.08±0.02 |
Pb | 0.49±0.02 | Zr | 0.00±0.05 |
อ้างอิง
- Kittel C. (1991). Introduction to Solid state Physics. 6 ed. John Wiley & Sons.
- T.A.Vanderah. (1990). Chemistry of Superconductor Materials. New Jersey: NoYes Publications.
- B.S.Deaver and W.M. Fairbank. (1961). Experimental Evidence for Quantized flux in Superconducting Cylinders. Physical Review Letter. vol.7: 43-46.
wikipedia, แบบไทย, วิกิพีเดีย, วิกิ หนังสือ, หนังสือ, ห้องสมุด, บทความ, อ่าน, ดาวน์โหลด, ฟรี, ดาวน์โหลดฟรี, mp3, วิดีโอ, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, รูปภาพ, เพลง, เพลง, หนัง, หนังสือ, เกม, เกม, มือถือ, โทรศัพท์, Android, iOS, Apple, โทรศัพท์โมบิล, Samsung, iPhone, Xiomi, Xiaomi, Redmi, Honor, Oppo, Nokia, Sonya, MI, PC, พีซี, web, เว็บ, คอมพิวเตอร์
mikaraenanawa bthkhwamnikhwrrwmekhakb sphaphnaywdying smbtikhxngtwnaywdying hmaythung sarthixyuinsthananaywdyingmismbtihlayprakarthiaetktangkncaksarthixyuinsthananapktitxipnicaklawthungsmbtiebuxngtnkhxngtwnaywdyingthngaebbedimaelatwnaywdyingxunhphumisung xathiechn khwamtanthaniffaepnsuny praktkarnimsenxr snamaemehlk praktkarnixosothp aelakhwamimtxenuxngkhxngflksaemehlk smbtithangaemehlkthisakhykhxngtwnaywdyingsmbtithangiffakhxngtwnaywdyinginpi ph s 2451 T A Vanderah 1990 nkfisikschawenethxaelnd chuxkharemxrlingn xxnens Kamerling Onnes idthahieliymehlwkhunmaid txmainpi ph s 2454 xxnensidthakarwdsphaphtanthaniffakhxngprxthbrisuththiepnkhrngaerk odyidisprxthlnginphachnarupwngaehwn caknnnaipaechinhieliymehlwemuxxunhphumikhxngsarldlngaelw phbwasphaphtanthaniffakhxngprxthmikhaepnsunythixunhphumipraman 4 2 ekhlwin odyxunhphuminiepnxunhphumithiprxthekidkarepliynsthana caksthanapktiepnsthananaywdyingxyangthnthithnid eriykxunhphuminiwa xunhphumiwikvt Critical Temperature Tc sungprxthirsphaphtanthaniffathixunhphumini txcaknnmaekhakidthdlxngwdsphaphtanthaniffakhxngolhachnidtang ephimetim echn takw Pb dibuk Sn inoxebiym Nb odyolhathithdlxngephimetimehlanimikhaxunhphumiwikvt ethakb 3 69 7 26 aela 9 2 ekhlwin tamladb inkarkhnphbtwnaywdyingyukhaerk khaxunhphumiwikvtkhxngsarkhxnkhangtaodyimekin 10 ekhlwin aelaeriyktwnaywdyingklumniwatwnaywdyingxunhphumita Low Temperature Superconductors hrux twnaywdyingaebbdngedim Conventional Superconductors emuxtwnaywdyingthiirsphaphtanthaniffa cathaihkraaesthiihekhaipimmikarsuyesiyphlngnganemuxewlaphanip eriykkraaesiffaniwa Persistent Current hruxkraaesiffaywdying Supercurrent cakkdkhxngaexmaepr Ampere s Law thiichxthibaykhwamsmphnthrahwangsnamaemehlkaelakraaesiffa caphbwaemuxmikraaesiffaihlwnrxbwngaehwnkhxngtwnaywdyingthimikhakhwamehniywnatnexng L emuxkraaesiffamikhaldlngenuxngcakmikhwamtanthaniffacaidkhakhngthiewla Time Constant mismkarepn t L R aelaphbwa khakraaesnimirayaewlapraman 100 000 pi emuxnamahakhasphaphtanthaniffa caidkhasphaphtanthaniffathinxymak sungethakb 10 26 W m khasphaphtanthaniffanimikhanxykwasthanapkti makkwa 1018 etha sungpktiaelwsphaphtanthaniffakhxngthxngaedngthuxwaepnolhanaiffathidithisudchnidhnung n xunhphumihxngmikhapraman 10 8 W m dngnncungthuxepnkhxphisucnidxyangsmehtusmphlwamikhwamtanthaniffaepnsunycringintwnaywdying nxkcaknikraaesyunyngcamixyuidemuxkhakhxngkraaesmikhathitakwakhakraaeskhahnungethannaelathakraaesthiihlphanmikhasungkwakhaniaelwcathaihsphaphnaywdyingthukthalayklaysphaphepntwnapktiidthnthi eriykkraaesthithalaysphaphnaywdyingniwa Critical Current Jc khakraaesni mikhaimethaknkhunkbtwnaywdyingaetlachnidsmbtithangaemehlkkhxngtwnaywdyinginpi ph s 2476 nkfisikschaweyxrmnchuximsenxr aelaoxesnfild Meissner amp Ochsenfeld 1933 idthakarthdlxngaelaphbwaemuxtwnaywdyingmixunhphumitakwaxunhphumiwikvtaelwihsnamaemehlkphaynxkkbtwnaywdyingni twnaywdyingcaimyxmihsnamaemehlkphungphanekhaipinenuxidelyaelayngphlksnamaemehlkxxkxikdwy cungeriyk praktkarnniwa praktkarnimsenxraelaoxesnfild txmaeriyksn wapraktkarnimsenxr praktkarnimsenxrepnpraktkarnthiniymichinkarthdsxbwasarmisphaphnaywdyingsungekidkhun cakkarihsnamaemehlkphaynxkekhaipinkhnathisarmisphaphnaywdying snamaemehlkphaynxkthaihekidkraaesiffaehniywnathiphiwkhxngtwnaywdyingaelakraaesiffadngklawcasrangsnamaemehlkthimikhnadethaknaetmithistrngkhamkbsnamaemehlkthiihekhaipcungthaihsnamaemehlkphayinkhxngsarnnmikhaepnsuny cakpraktkarnkhangtncungcdwatwnaywdyingmikhunsmbtiepnsaraemehlkidxaaebbsmburn Perfect Diamagnetic karkhnhasmbtiyngkhngmixyangtxenuxng cnkrathnginpi ph s 2498 edewxraelaaefraebngkh Deaver amp Fairbank 1961 idkhnphbkhwamsmphnthrahwangsmbtithangiffaaelasmbtithangaemehlkkhxngtwnaywdyingxikprakarhnung eriykpraktkarnniwa flksaemehlkaebb khwxnithdeschn Flux Quantization odykarnatwnaywdyingmathaepnrupwngaehwnaelaihsnamaemehlkekhaip twnaywdyingmixunhphumisungkwaxunhphumiwikvt snamaemehlkcasamarthphungphantwnaywdyingidaelathaldxunhphumikhxngwngaehwnihtakwaxunhphumiwikvtaelwihsnamaemehlkekhaipxikkhrng snamaemehlkdngklawcaehniywnaihekidkraaesiffaehniywnaihlwninwngaehwnaelacasrangsnamaemehlkphungphantrngchxngwangkhxngwngaehwnpraktkarnixosothpepnprakdkarncakkarthdlxnghakhwamsmphnthrahwangxunhphumiwikvt Tc kbmwlixosothp M khatangkhxngtwnaywdying phbwasamarthekhiynkhwamsmphnthiddngsmakar M Tc khakhngtw emux a khuxkhakhngtwkhxngixosothp aelatxmaemuxthakarthdlxngkbsarxuncaphbwamismprasiththikhxngixosothptamtarangthi 1 1 dngni thatu A thatu AZn 0 45 0 05 Ru 0 00 0 05Cd 0 32 0 07 Os 0 15 0 05Sn 0 47 0 02 Mo 0 33Hg 0 50 0 03 Nb3Sn 0 08 0 02Pb 0 49 0 02 Zr 0 00 0 05xangxingKittel C 1991 Introduction to Solid state Physics 6 ed John Wiley amp Sons T A Vanderah 1990 Chemistry of Superconductor Materials New Jersey NoYes Publications B S Deaver and W M Fairbank 1961 Experimental Evidence for Quantized flux in Superconducting Cylinders Physical Review Letter vol 7 43 46