अधिपरिवाहिता

अधिपरिवाहिता एक आकर्षक भौतिक घटना है जो कुछ सामग्री में तब होती है जब उन्हें एक विशेष न्यूनतम तापमान के नीचे ठंडा किया जाता है। यह दो मुख्य गुणों द्वारा विशेषता प्राप्त है: शून्य विद्युत प्रतिरोध और चुंबकीय क्षेत्रों का निष्कासन, जिसे मेइसनर प्रभाव के रूप में जाना जाता है। नतीजतन, अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियों के पास चिकित्सा, इलेक्ट्रॉनिक्स, और परिवहन जैसे क्षेत्रों में कई अनुप्रयोग होते हैं।

अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियों के विद्युत गुण

अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियों की सबसे प्रभावशाली विशेषता उनका शून्य विद्युत प्रतिरोध है। सामान्यतः, जब विद्युत धारा तांबा या एल्युमिनियम जैसे एक सामान्य प्रवाहक के माध्यम से प्रवाहित होती है, तो उसे कुछ प्रतिरोध का सामना करना पड़ता है, जिससे ऊर्जा उत्सर्जन के रूप में गरमी होती है। हालांकि, अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियाँ बिना किसी ऊर्जा हानि के विद्युत धारा को परिवाहित कर सकती हैं।

शून्य प्रतिरोध का चित्रण

गणितीय रूप से, ओहम का नियम वोल्टेज (V), धारा (I) और प्रतिरोध (R) के बीच संबंध को निम्नलिखित रूप में परिभाषित करता है:

    V = I * R
    

एक अधिपरिवाहिता वाली सामग्री के लिए, क्योंकि प्रतिरोध R शून्य है, अधिपरिवाहिता सामग्री के आर-पार वोल्टेज भी शून्य होता है, जिससे इसे विद्युतीय रूप से कुशलता से संचालित करना उपयुक्त बनाता है।

चुंबकीय गुण

अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियाँ चुंबकीय गुण भी प्रदर्शित करती हैं। जब कोई सामग्री अधिपरिवाहिता वाली होती है, तो यह अपनी अंदरूनी ओर से सभी चुंबकीय क्षेत्रों को निष्कासित करती है, जिसे मेइसनर प्रभाव के रूप में जाना जाता है। यह गुण अधिपरिवाहिता को चुंबकों को तैराने की अनुमति देता है, जैसा कि मेगलव ट्रेन में देखा जा सकता है।

मेइसनर प्रभाव का चित्रण

यह प्रभाव परिपूर्ण प्रवाहकों से अधिपरिवाहिता को विभाजित करने वाली मुख्य विशेषता है। एक परिपूर्ण प्रवाहक में, यदि एक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है और फिर हटाया जाता है, तो क्षेत्र सामग्री के अंदर फंसा रहता है। हालांकि, एक अधिपरिवाहिता में, जब अधिपरिवाहिता अवस्था प्राप्त की जाती है, तो क्षेत्र पूरी तरह से निष्कासित हो जाता है।

अधिपरिवाहिता की प्रकारें

अधिपरिवाहिता वाली सामग्रियाँ उनके भौतिक गुणों के आधार पर दो श्रेणियों में वर्गीकृत की जाती हैं: प्रकार I और प्रकार II।

प्रकार I अधिपरिवाहिता

प्रकार I अधिपरिवाहिता सामान्यतः शुद्ध धातुएँ होती हैं जैसे कि सीसा, पारा, और एल्युमिनियम। वे बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों (पूरी तरह से प्रतिचुंबकत्व) के पूर्ण निष्कासन को प्रदर्शित करती हैं और उनके पास एकमात्र महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र होता है, H c। इस क्षेत्र से ऊपर, वे सामान्य अवस्था में चली जाती हैं। मेइसनर प्रभाव पूरी तरह से देखा जाता है, जैसा कि मेइसनर प्रभाव चित्रण में दिखाया गया है।

उदाहरण सामग्री

• सीसा
• पारा
• एल्युमिनियम

प्रकार II अधिपरिवाहिता

प्रकार I के विपरीत, प्रकार II अधिपरिवाहिता तुरंत अपनी अधिपरिवाहिता खोती नहीं है बल्कि धीरे-धीरे हो जाती हैं। उनके पास दो महत्वपूर्ण चुंबकीय क्षेत्र होते हैं, _{H c1} और _{H c2}। इन दोनों क्षेत्रों के बीच, वे क्वांटाइज़्ड इकाइयों में चुंबकीय क्षेत्रों के आंशिक प्रवेश की अनुमति देती हैं जिन्हें गोभी के रूप में कहा जाता है। प्रकार II अधिपरिवाहिता सामान्यतः धातु यौगिक और उच्च तापमान अधिपरिवाहिता होती हैं।

उदाहरण सामग्री

• नायोबियम-टाइटेनियम (NbTi)
• यट्रियम बेरियम कॉपर ऑक्साइड (YBCO)
• बिस्मथ स्ट्रोंटियम कैल्शियम कॉपर ऑक्साइड (BSCCO)

अधिपरिवाहिता के अनुप्रयोग

उनके अद्वितीय गुणों के कारण, अधिपरिवाहिताएं विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग की जाती हैं:

चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (MRI)

MRI मशीनें अधिपरिवाहित चुम्बकों का उपयोग करती हैं ताकि शरीर के अंदरूनी हिस्सों की विस्तृत छवियों को बिना विकिरण के प्राप्त करने के लिए मजबूत, स्थिर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न किए जा सकें।

कण त्वरक

अधिपरिवाहित चुंबक बड़ी हेड्रॉन कोलाइडर जैसी कण त्वरक में अहम हिस्सा होते हैं। ये आवेशित कणों को उच्च ऊर्जा तक मार्गदर्शन और तीव्रता प्रदान करते हैं।

चुंबकीय उत्तोलन

मगलव ट्रेनों में अधिपरिवाहिताएं उच्च गति यात्रा के लिए घर्षण रहित संचालन के लिए उपयोग की जाती हैं। चुंबकीय क्षेत्रों के प्रतिवर्त या आकर्षण से ट्रेन ट्रैक के ऊपर उठती है, जिससे एक स्मूथ और शांत सवारी प्राप्त होती है।

विद्युत शक्ति के अनुप्रयोग

अधिपरिवाहिता पावर अनुप्रयोगों के लिए जैसे ट्रांसमिशन लाइनों, ट्रांसफॉर्मरों और भंडारण प्रणालियों में बहुत उपयोगी होती हैं। वे ऊर्जा हानि को कम करके पावर ग्रिडों की दक्षता और क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकती हैं।

भविष्य की संभावनाएँ

उच्च तापमान अधिपरिवाहिताओं की खोज और विकास एक जीवंत शोध का क्षेत्र है। वैज्ञानिक विभिन्न सामग्रियों और परिस्थितियों के साथ प्रयोग कर रहे हैं ताकि कमरे के तापमान पर अधिपरिवाहिताओं को व्यावहारिक बनाया जा सके, जिससे ऊर्जा भंडारण और ट्रांसमिशन में रोमांचक बदलाव हो सकते हैं।

अंत में, अधिपरिवाहिता एक आकर्षक क्वांटम मैकेनिकल घटना है जिसमें प्रचुर तकनीकी विकास की क्षमता है। इसके गुणों का - शून्य विद्युत प्रतिरोध और चुंबकीय क्षेत्रों का निष्कासन - समझने से कई नवाचारी अनुप्रयोगों के द्वार खुलते हैं।

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