Katalog

FİZİK Liseliler üstüniletken yaptı Orta halll blr laboratuvara sahip lise öğrencileri, yüksek sıcaklıkta üstün lletkenllk deneyleri yapabilirler. California Gllroy lisesl öğrencileri bu deneyleri başarıyla gerçekleştlrdller bile. Çeviri: Kerem Cankoçak odern fiziğin en önemli buluşlarından biri olan üstün iletkenliği, Gilroy lisesi öğrencileri oldukça basit bir deneyle kanıtladılar. Kullandıkları malzemeler, hemen her lisede bulunan ya da kolaylıkla elde edilebilen malzemelerdi. Aslında üstün itetkenlik deneyi, modern tekniklerin gelışmesinden önce, kolaylıkla gerçekleştırilebilen turden bir deney değildi. Üstün iletkenlığin gözlemlenebilmesi için gereken malzemeler zor bulunan malzemelerdi ve özel laboratuvar koşulları yaratılması zorunluydu. Ancak son gelişmeler, üstün iletkenliğin normal koşullarda da gözlern,lenebilmesini sağladı. Artık üstün iletkenliği gözlemlemek sadece blllm adamlarının tekellnde değll, llse öğrencileri blle bu deneyleri yapabiliyorlar. Üstün iletken madde, sıfır dirence sahip olmasının yanı sıra, mükemmel bir diyamanyetizm özelliği gösterir. Üstün iletkenin yanına yerleştirilen bir mıknatıs, kelimenin tam anlamıyla, aynadaki görüntüsünü "görür" ve benzer kutuplar birbirini ittiğinden, mıknatıs ile üstün iletken birbirinden uzaklaşırlar. Bu olguya "Melssner etklal" denir. Bu üstün iletkenlik özelliğini gözlemlemenin en kolay yolu, yandaki fotografta görüldüğü gibı, ufak bir üstün iletken parçanın yine hafif bir mıknatısın üzennde havada asılı kalmasını sağlamaktır. Üstün iletkenin ağırlığı, mıknatısla üstün iletkenin arasında oluşan manyetik ıtme ile dengeye girer ve üstün iletken belırlı bir yükseklikte asılı kalır. Ancak eskı deneylerde önemli bir sorun vardır: Üstün iletkenlik özelliği çok düşük sıcaklıkta, sıvı helyumda gözlem Amerikalı öğrencilerin deneyi M lenebiliyordu. öyle ki, mutlak sıfır noktasının birkaç derece üstünde olması gereken bu ısıya ulaşılması için çok güçlü soğutuculara gereksinim duyuluyordu. Bu güçlük, üstün iletkenlik özelliğini yüksek ısıda, başka maddelerle gerçekleştirerek çözüldü. Sıvı azot ve bazı yalıtkanlar kullanarak (polısitiren ürünleri) elde edilen üstün iletken sayesinde, yukardakı deney kolaylıkla gerçekleştirilebiliyor. Bu tür üstün iletken YBa.Cu^o^ karışımından elde ediliyor. 123 dıye adlandırılan bu karışımı yüksek sıcaklıkta oluşturmak olanaklı. Boylelıkle elde edilen üstün iletken ve samariumkobalt mıknatısla yaptıkları deney, bılim adamlarının dikkatinı Gilroy lisesi öğrencilerine çevırdı. Öğrenciler, manyetik kaldıraç deneyini tekrarKurulu'na davet edlldller. Burada öğrencıler kendi yaptıkları üstün iletkenle manyetik kaldıraç deneyini sergilediler. Yüksek sıcaklıkta üstun iletken elde etmek için çözülmesi gereken ilk sorun ilk maddeleri bulmak. Bunlar Itriyum oksld (Y.o,), baryum karbonat (BaCOJ ve bakır okslt'tlr (CuO). Bu maddeleri bulan herkes, blr üstün iletken yapablllr. Gilroy lisesi öğrencileri şöyle bir reçete uyguladılar: 7 gramlık 123 karışımını havanda toz haline gelınceye kadar dövün (510 dakika). Bu arada ortaya çıkan toz zehirli olabileceğinden, gerekli korunma önlemlerini alın. Oaha sonra, yeşil hale gelen karışımı, 12 saat süreyle 900950 °C derecede ısıtın. Bu ışlem için seramik fırınları kullanılabilır. Ancak fırının sıcaklığı tam istenilen derecede olmasına dikkat edilmelidir. Karışımı fırına alüminyum kapta koyun. Karışım alüminyumlamak uzere, VVashlngton Ulusal Blllm OHroy Uı»a! öğmncHehnden Hatdl Onnt US Ulusal BMm Kurumunda ustunUetkenltğl göstoriyor. la tepkımeye girer. Kullanılması gereken alüminyum 12 milimetre yükseklikte, 17 milimetre genişlikte ve 90 milimetre uzunlukta olmalıdır. Ayrıca fırının temız olması gerekmektedir. 12 saat sonra fırını söndürün ve soğumaya bırakın. Yaklaşık 56 saat ıçinde fırının sıcaklığı 100 dereceye düşer. Ortaya çıkan madde siyah renkte olmalıdır. Eğer yeşile çalan renkler görülüyorsa, yanlış bir şeyler var demektir. Bu yolla 123 üstün iletkeni elde edilir. Ancak deney için gerekli boyutta değildir henüz. Maddeyi tekrar küçük parçalar haline getırmek gereklidır. Bu iş için daha ağır çekiçe gerek vardır. Üstün iletkeni 0.8 milimetre kalınlığında topaklar haline getirin. Daha sonra parçaları tekrar ısıtın ya da tavlayın. Tekrar fırınlamanın iki nedeni vardır' Birincisi, bu sayede küçük topaklar erıyerek mekanik ve elektrik özellıklerını arttırırlar ikinci olarak da, üstün iletkenin oksıdasyon oranı dengelenir. Tekrar fırınlama sürecınde oksijen kullanılırsa daha iyi sonuç elde edilir. Ama bu şart değildir. Fırın yine 12 saat süreyle 950 °C derecede çalışmalıdır. Ama soğutma işlemi saatte 100 °C derece olmalıdır. Bu süreç içinde, 123 üstün iletkeni oksijen alır. 123'ün formülündeki x 'in önemi burada ortaya çıkar. x ne kadar sıfıra yaklaşırsa, üstün iletken o kadar daha iyi olur. Küçük üstün iletken topaklarını tekrar fırınladıktan sonra, artık kaldıraç deneyine başlanabılir. Deney için dört maddeye daha ıhtıyaç vardır: Samaryum Kobalt mıknatıs sıvı azot, üstün iletken parçayı tutan herhangi bir şey ve şuphecılerı ınandırmak için havada asılı kalan mıknatısın etrafından geçırilecek bir tel çember. Mıknatıs parçası, üstün iletkenin çapının üçte birı kadar olmalıdır. Bu deneyın getirdiği yeniliklerden biri de, soğutucu olarak sıvı helyum yerine sıvı azot kullanılmasıdır. Sıvı azot sıvı helyuma göre hem daha ucuz hem de daha kolay bulunur bir maddedir. Sıvı azotun koyulabüeceği en iyi kap, polisitiren kahve fincanıdır. Ancak azotun vücuda değmemesine dikkat etmek ge rekır. Çünkü sıvı azot çok soğuk bir maddedir, vücuda zarar verebilir. Polisitirenden yapılmış yayvan bir kaba üstün iletken parçası yerleştirin ve kaba bir miktar sıvı azot dökün. Azotun parçanın tamamını kaplamaması gerekir. Üstün iletkenin üzennde koyulaşma görüldüğü zaman mıknatısı yaklaştırın. Üstün iletken parça havaya doğru yükselecektır. Bu ışlemlerı yaparken korunma önlemlerıni unutmayın. Koruyucu gözlükler takmak şarttır. D ö n t çcvlrl: Naw Scl«ntl«t, 30 Tcmmuz 87 Kaldıraç deneyi: Melssner etklsl 123 (YBa 2 Cu 3 0 7 . x ) reçetesi 1.13 gram Itriyum oksld, 3.95 gram baryum karbonat, 2.39 gram bakır oksldl karıstınn ve havanda döverek toz haline getlrln. 950 °C derecede fınnlayın. Tekrar havanda döverek toz haline getlrln. Elde edilen küçük parçalan tekrar fınnlayın. Bu kez fırının Içlne oksijen verlllrse daha lyl olur. (950 °C derecede) Yavaş yavas sogutun. CalHomla Ollroy llaeal öğnncllari ustünlbtkentorinl kendltorl yapıyorler.