متي سنتوقف عن دفع فاتورة الكھرباء الشھریة؟

التوصيلية الكهربية الفائقة

 متي سنتوقف عن دفع فاتورة الكھرباء الشھریة

بقلم: ريم عيسي

مراجعة علمية ولغوية : مجدي عياد

الكهرباء هي المتحكم الأساسي في استمرار الحياة اليومية فبدون الكهرباء لن يتم تشغيل الأجهزة والمصانع التي تنتج لنا متطلباتنا اليومية.....لكن كلما تقدم الوقت أصبحت قيمة الكهرباء ترتفع شيئاً فشيئاَ ! ارتفاع قيمة الكهرباء نتيجة للطاقة الكبيرة المستهلكة لنقل التيار الكهربي للأجهزة المختلفة فالمقاومة الداخلية للمواد عامل مهم في ارتفاع الطاقة الكهربية المستخدمة، فكلما زادت مقاومة المادة ازداد الجهد المطلوب لتمكين التيار من السريان... فاذا تمكنا من جعل المواد بلا مقاومة تذكر فسوف نوفر علي انفسنا كمية طاقة كهربية...

فهل توصلت الأبحاث لمواد تصل مقاومتها الكهربية بصفر؟ ذلك ما سوف نكشف عنه في الأسطر القادمة.....

في المراحل التعليمية السابقة قد تحصلنا علي أن المواد تصنف حسب التوصيل الكهربي أو الحراري علي ثلاث أنواع: مواد موصلة, مواد شبه موصلة, مواد عازلة، لكن في عام 1911 تم بواسطة العالم Kamerlingh Onnes اكتشاف ان هناك ظاهرة معينة اسماها التوصيلية الفائقة وبذلك اصبح هناك تصنيف رابع وهو المواد الفائقة التوصيل Superconductive Material.

قبل التحدث عن المواد الفائقة التوصيل سوف نتذكر باختصار ماهي الأنواع الثلاث وكيفية تمييزها

1.المواد الموصلة conductive materials :

المواد الموصلة هي التي يكون بها الكترونات حرة الحركة وليست مرتبطة بالذرة مثل باقي الالكترونات وذلك يرجع الي ان المواد الموصلة ليس لها فجوة طاقة Energy gap فبذلك الالكترون لا يحتاج الي طاقة لكي يتحرر من مداره الخارجي.

وفجوة الطاقة Energy gap: هي فرق الطاقة بين مستوي التكافؤ ومستوي التوصيل.

فالالكترون الحر يتنقل بين الذرات داخل المادة وبالتالي يتمكن من نقل التيار وتكون التوصيلية الكهربية الخاصة به عالية لكن نتيجة للاحتكاك بين الأكترونات وبعضها يحدث مقاومة داخل المادة وهذا يؤدي الي فقد جزء من التيار المار.

2.المواد العازلة Insulated Material:

المواد العازلة علي عكس الموصلة فلديها فجوة طاقة فبالتالي الالكترونات تكون مرتبطة بمدار التكافؤ فبالتالي مدار التوصيل يكون فارغ فلا يوجد الكترونات حرة تحمل التيار داخل المادة فتصبح عازلة والتوصيلية الكهربية الخاصة به تنعدم.

3.المواد شبه الموصلة Semi-Conductive Material :

المواد الشبه موصلة هي حالة وسط بين المواد الموصلة والمواد العازلة فبالتالي تكون فجوة طاقته وسط بين الحالتين، فهي تكون خالية من الالكترونات الحرة الي ان نعطي للمادة طاقة حرارية معينة فتكسر تلك الطاقة الروابط بين الالكترون ومدار التكافؤ وتحرر الالكترونات وتصبح المادة موصلة والجدير بالذكر ان في بعض المواد الطاقة الحرارية يمكن ان تكون بدرجة حرارة الغرفة فتتحرر بسهولة.

4.المواد الفائقة التوصيل :Superconductive Material

المواد الفائقة التوصيل هي مواد تنعدم فيها المقاومة الكهربية R=0 عند درجة حرارة معينة تسمي درجة الحرارة الحرجة ( Critical temperatureفبالتالي لا يحدث فقد فالتيار الكهربي وتلك أهم خصائصه حيث يمكن توصيل التيار لاماكن بعيدة لفترات طويلة دون فقد في قيمة التيار.

عند تبريد المواد باستخدام الهيليوم السائل تبدأ المادة بتغيير خواصها وتبدأ الالكترونات في التغلب علي قوي التنافر بينهما لتكوين ما يسمي بأزواج كوبر Cooper pairs فنظرا لان الالكترونات أصبحت في ازواج فهذا يقلل نسب المقاومة الي ان تصبح صفر عند ...لكن ازواج كوبر مرتبطة بقوة ضعيفة فيمكن كسر تلك الروابط وتعود مواد عادية مرة اخري في الحال عندما يتم الغاء تبريد المادة وعودتها لدرجة حرارتها الاصلية.

في الأوان الأخيرة حاول العلماء ان يجعل المواد تتحول للمواد الفائقة التوصيل في درجات حرارة تقارب درجة حرارة الغرفة 300K، فتوصلوا الي ان مركب من الكبريت و الهيدروجين يتحول لمادة موصلة فائقة التوصيل عند درجة حرارة 203K وهي اقرب درجة حرارة تمكنوا للوصل لها.

في البداية العلماء اجمعوا ان المواد الفائقة التوصيل لديها نفس خصائص المواد العادية لكن في 1933 اكتشفوا ان المواد الفائقة التوصيل هي مواد مغناطيسية معاكسة Diamagnetic  تقوم بمعاكسة المجال المغناطيسي وطرده خارج المادة وتلك الظاهرة تسمي بتأثير ميزنر Meissner effect.

ومن اهم التطبيقات علي المواد الفائقة التوصيل :

1.SQUID Magnetometer

2.Maglev train

في النهاية يمكن تخيل ان المواد الفائقة التوصيل تصبح متداولة في يوم ما في منازلنا وتصبح إمكانية نقل التيار سهلة ومتوفرة بشكل احسن بدون فقد وبدون الحاجة طاقة كهربية كبيرة.