รู้จักตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด(Superconductors) : วัสดุที่ไร้ความต้านทานไฟฟ้า
(เรียบเรียงโดย ชนกานต์ พันสา)
วัสดุต่างๆมีความสามารถในการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกันออกไป โดยเรียงลำดับจากน้อยไปมากได้ดังนี้
ฉนวน ,สารกึ่งตัวนำ และตัวนำไฟฟ้า
แม้ตัวนำไฟฟ้าอย่างโลหะต่างๆจะสามารถนำไฟฟ้าได้ดี แต่วัสดุที่เรียกว่า ตัวนำยิ่งยวด(Superconductors) จะไม่มีความต้านทานไฟฟ้าเลย โดยมันยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านไปโดยไม่สูญเสียพลังงาน
ส่วนใหญ่แล้วสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดจะเกิดได้ที่อุณหภูมิต่ำมากๆ โดยถ้ามันมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต จึงจะกลายสภาพเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ คุณสมบัตินี้ถูกค้นพบในปีค.ศ. 1911 โดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ชื่อ Heike Kamerlingh Onnes ในขณะที่เขากำลังศึกษาสมบัติของวัสดุต่างๆ ที่อุณหภูมิต่ำๆ แล้วพบว่าปรอทมีความต้านทานลดลงเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า -269 องศาเซลเซียส หลังจากนั้น นักฟิสิกส์จึงได้พบคุณสมบัตินี้ในวัสดุอื่นๆ อีกมากมาย
นอกจากนี้ ตัวนำยิ่งยวดยังมีคุณสมบัติพิเศษทางแม่เหล็ก นั่นคือมันจะป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กภายนอกผ่านทะลุเข้าไปในเนื้อวัสดุได้ แต่จะอยู่แค่พื้นผิวของมันเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้มีชื่อว่าปรากฏการณ์ไมสเนอร์ (Meissner effect) ตั้งชื่อตาม Walther Meissner นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้ค้นพบมันในปี ค.ศ. 1933
ธรรมพื้นฐานของตัวนำยิ่งยวดโดยทั่วไปสามารถอธิบายได้ด้วย ทฤษฎีบีซีเอส (BCS) ซึ่งถูกตั้งตามอักษรตัวแรกของชื่อนักฟิสิกส์ผู้คิดค้น 3 คนคือ John Bardeen, Leon Cooper, และ John Schrieffer ส่งผลให้นักฟิสิกส์ทั้งสามได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1972
แต่ต่อมานักฟิสิกส์พบว่าวัสดุบางอย่างกลายเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิราวๆ -193 องศาเซลเซียส ซึ่งนับว่าสูงขึ้นจากปกติมาก และจำเป็นต้องมีทฤษฎีอื่นๆมาอธิบายเพิ่มเติม
การทำให้วัสดุสูญเสียสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดทำได้ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิของวัสดุนั้น หรือ ใช้สนามแม่เหล็กที่แรงพอ ซึ่งความเข้มของสนามแม่เหล็กที่วัสดุจะทนได้ก็แตกต่างกันออกไป เราจึงสามารถแบ่งประเภทของตัวนำยิ่งยวดออกเป็นสองแบบคือ
- แบบที่ไม่ค่อยทนต่อสนามแม่เหล็ก
- แบบที่ทนทานต่อสนามแม่เหล็กได้สูงมาก
ตัวนำยิ่งยวดประเภทที่สองนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในงานที่ต้องใช้สนามแม่เหล็กความเข้มสูงๆ เช่น ในเครื่องเร่งอนุภาค เครื่องเอ็มอาร์ไอ รถไฟความเร็วสูง นั่นเอง
อ้างอิง
[1] “Superconductivity,” 2019. [Online]. Available: https://home.cern/science/engineering/superconductivity
[2] “Band Theory of Solids.” [Online]. Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Solids/band.html.
[3] “Explainer: What Is A Superconductor?” [Online]. Available: https://www.iflscience.com/physics/explainer-what-superconductor/.
[4] M. Bagley, “Properties of Matter: Solids,” 2014. [Online]. Available: https://www.livescience.com/46946-solids.html.
- 13
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
