Question

12. Sınıf Fizik Ders Kitabı Sayfa 253 Cevapları - Meb Yayınları

Answer 1

Direnci olmayan bir iletken düşünebilir mi?

Cevap:

Direnci olmayan bir iletken düşünebilir mi sorusunun cevabı, süperiletkenlik adı verilen bir fenomenle ilgilidir. Süperiletkenlik, süperiletken adı verilen maddelerin karakteristik bir kritik sıcaklığın (Tc) altında derecelere soğutulmasıyla ortaya çıkan, maddenin elektriksel direncinin sıfır olması ve manyetik değişim alanlarının ortadan kalkması şeklinde görülen bir fenomendir. Süperiletkenlik 8 Nisan 1911 tarihinde, dondurucu soğuklarda katı cıvanın direnci üzerine çalışan Heike Kamerlingh Onnes tarafından bulunmuştur. Onnes, 4,2 Kelvin’de direncin aniden yok olduğunu gördü. Tarih boyunca farklı maddelerin süperiletkenlikleri keşfedildi.

Süperiletkenlik kuantum mekaniği ile açıklanabilen bir olgudur, klasik mekanik ile açıklanamaz. Süperiletkenlerde elektronlar Cooper çiftleri adı verilen bağlı durumlar oluştururlar ve bu çiftler kristal örgüsündeki kusurlardan etkilenmeden akabilirler. Bu sayede elektriksel direnç sıfır olur.

Süperiletkenlerin tamamı Meissner etkisi olarak adlandırılan bir özellik gösterir. Meissner etkisi, süperiletken malzemelerin süperiletken durumdayken (sıcaklığı kritik sıcaklığın altındayken) manyetik alanı dışlamasıdır. Harici bir manyetik alanın şiddeti, süperiletken bir malzemenin içine girdikten çok kısa bir mesafe sonra sıfıra düşer.

Bu bilgiler ışığında, direnci olmayan bir iletken düşünmek mümkündür. Ancak bu iletkenin süperiletken bir malzeme olması ve kritik sıcaklığın altında tutulması gerekir.

Herhangi bir potansiyel fark uygulanmadan sürekli bir akım elde edebilir mi?

Cevap:

Herhangi bir potansiyel fark uygulanmadan sürekli bir akım elde edebilir mi sorusunun cevabı, süperiletken halka adı verilen bir düzeneğe bağlıdır. Süperiletken halka, süperiletken bir telin halka şeklinde bükülmesiyle oluşturulan bir devredir. Süperiletken halka, kritik sıcaklığın altında soğutulduktan sonra, içinden geçen bir elektrik akımı güç kaynağına ihtiyaç duymadan sonsuza kadar akmaya devam edebilir. Bu durumda, süperiletken halka içindeki elektrik alan sıfırdır ve potansiyel fark yoktur.

Süperiletken halkanın bu özelliği, süperiletken malzemelerin elektriksel direncinin sıfır olması ve Meissner etkisi olarak adlandırılan manyetik alanı dışlaması ile açıklanabilir. Süperiletken halka içindeki elektronlar Cooper çiftleri adı verilen bağlı durumlar oluştururlar ve bu çiftler kristal örgüsündeki kusurlardan etkilenmeden akabilirler. Bu sayede elektriksel direnç sıfır olur ve akım kaybolmaz. Ayrıca, süperiletken halka içindeki akım manyetik bir alan oluşturur ve bu alan süperiletken malzeme tarafından dışarı atılır. Bu durumda, süperiletken halka içindeki manyetik alan da sıfırdır ve manyetik kaynaklı direnç de yoktur.

Bu bilgiler ışığında, herhangi bir potansiyel fark uygulanmadan sürekli bir akım elde etmek mümkündür. Ancak bu akımın başlatılması için önce bir potansiyel fark uygulanması ve sonra süperiletken halkanın soğutulması gerekir.