या ब्लॉग पोस्टमध्ये सुपरकंडक्टर ऊर्जा नुकसानाच्या समस्या कशा सोडवतात आणि ते आपल्या समाजात आणि तंत्रज्ञानात कोणते बदल आणू शकतात याचा शोध घेतला आहे.
आधुनिक विज्ञान म्हणते की संपूर्ण विश्वात ऊर्जा साठवली जाते. तथापि, मानवजातीला उपयुक्त असलेली ऊर्जा अनेकदा निरुपयोगी उर्जेत रूपांतरित होते. दैनंदिन जीवनात, लोक काम करताना वापरत असलेली सर्व ऊर्जा प्रत्यक्षात त्या कामासाठी वापरली जात नाही. कारण वस्तूंच्या प्रतिकारामुळे काही ऊर्जा उष्णता उर्जेत रूपांतरित होते. ही एक उष्मागतिकदृष्ट्या उत्स्फूर्त घटना आहे, तर उष्णता उर्जेचे इतर प्रकारच्या उर्जेत रूपांतर होणे ही एक स्वयंस्फूर्त घटना नाही. दुसऱ्या शब्दांत, लोकांना उपयुक्त वाटणारी काही ऊर्जा प्रत्येक वेळी वापरताना वाया जाते. ऊर्जेचा हा नैसर्गिक अपव्यय आपल्या जीवनाच्या प्रत्येक पैलूवर खोलवर परिणाम करतो. परिणामी, मानवजातीने उर्जेचा तोटा कमी करण्यासाठी आणि उर्जेचा अधिक कार्यक्षमतेने वापर करण्याचे मार्ग दीर्घकाळ शोधले आहेत.
तर, जर असा एखादा पदार्थ असता जो या अपव्ययाला रोखू शकला असता तर काय झाले? विशेषतः विद्युत उर्जेसाठी, असा पदार्थ अस्तित्वात असतो - जो ऊर्जेचे नुकसान कमी करतो. तो पदार्थ म्हणजे सुपरकंडक्टर. सुपरकंडक्टर म्हणजे एक कंडक्टर जो विशिष्ट तापमानापेक्षा (ज्याला क्रिटिकल टेम्परेचर म्हणतात) सुपरकंडक्टिव्हिटी दाखवतो. सुपरकंडक्टिव्हिटी म्हणजे अशी घटना जिथे पदार्थाचा विद्युत प्रतिकार शून्यावर येतो आणि पदार्थ डायमॅग्नेटिक बनतो. डायमॅग्नेटिझम म्हणजे अशी घटना जिथे पदार्थ अंतर्गत चुंबकीय क्षेत्राला मागे टाकतो. जर एखाद्या वस्तूमध्ये डायमॅग्नेटिक गुणधर्म असतील, तर चुंबकीय क्षेत्र त्याच्या आतील भागात प्रवेश करू शकत नाही. सुपरकंडक्टरचे प्रकार I आणि प्रकार II सुपरकंडक्टरमध्ये वर्गीकरण केले जाते. प्रकार I सुपरकंडक्टर म्हणजे असा पदार्थ जो कोणत्याही चुंबकीय क्षेत्राला त्याच्या आतील भागात प्रवेश करण्यापासून पूर्णपणे रोखतो. प्रकार II सुपरकंडक्टर म्हणजे असा पदार्थ जो काही चुंबकीय क्षेत्राला त्याच्या आतील भागात प्रवेश करण्यास अनुमती देतो. दुसऱ्या शब्दांत, प्रकार II सुपरकंडक्टर म्हणजे असा पदार्थ जो परिपूर्ण डायमॅग्नेटिझम प्रदर्शित न करता सुपरकंडक्टिव्हिटी राखतो. प्रकार I सुपरकंडक्टर बहुतेक शुद्ध पदार्थ असतात, तर प्रकार II सुपरकंडक्टर हे सामान्यतः आवश्यकतेनुसार तयार केलेले कृत्रिम पदार्थ असतात. सुपरकंडक्टर वापरणाऱ्या बहुतेक तंत्रज्ञानांमध्ये टाइप II सुपरकंडक्टर वापरतात.
सुपरकंडक्टर कसे शोधले गेले? इतर अनेक शोधांप्रमाणे, सुपरकंडक्टिव्हिटीचा शोध योगायोगाने लागला. १९११ मध्ये, डच भौतिकशास्त्रज्ञ हेइक कामरलिंग ओनेस यांनी घन पाराच्या तापमान आणि त्याच्या विद्युत प्रतिकार यांच्यातील संबंधांवर प्रयोग केले. हेइक कामरलिंग ओनेस यांनी शोधून काढले की तापमान कमी होत असताना पाराचा प्रतिकार तापमानाबरोबर रेषीयरित्या कमी होतो. तथापि, जेव्हा पाराचे तापमान ४.२ केलिव्हनवर पोहोचले तेव्हा प्रतिकार अचानक शून्यावर आला. या शोधामुळे त्या वेळी भौतिकशास्त्र समुदायात मोठा धक्का बसला आणि अत्यंत कमी तापमानात घडणाऱ्या भौतिक घटनांबद्दल एक नवीन समज निर्माण झाली.
१९३३ मध्ये, सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या पहिल्या निरीक्षणानंतर, फ्रिट्झ वॉल्थर मेइसनर आणि रॉबर्ट ओचसेनफेल्ड यांनी शोधून काढले की टाइप १ सुपरकंडक्टिव्हिटीमध्ये डायमॅग्नेटिक गुणधर्म असतात. या शोधामुळे सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या सखोल आकलनासाठी पाया तयार झाला. त्यांच्या शोधामुळे सुपरकंडक्टिव्हिटी संशोधनात एक मोठा वळण आला आणि सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या संभाव्य व्यावसायिक अनुप्रयोगांमध्ये सक्रिय तपासणीला चालना मिळाली. त्यानंतर, १९५० मध्ये, लेव्ह लँडाऊ आणि विटाली गिन्झबर्ग यांनी सुपरकंडक्टिव्हिटीच्या गुणधर्मांचे स्पष्टीकरण देणारा एक सिद्धांत प्रकाशित केला. या सिद्धांताच्या आधारे, अॅलेक्सी अब्रिकोसोव्ह यांनी भाकीत केले की सुपरकंडक्टिव्हिटीचे दोन प्रकार केले जातील. १९६२ मध्ये, पहिला व्यावसायिक सुपरकंडक्टिव्हिटी विकसित करण्यात आला. तेव्हापासून, अभियंते खोलीच्या तापमानावर सुपरकंडक्टिव्हिटी प्रदर्शित करणारे सुपरकंडक्टिव्हिटी विकसित करण्याचा प्रयत्न करत आहेत.
प्रकार I सुपरकंडक्टर त्यांच्या गुणधर्मांमुळे व्यावसायिकरित्या वापरणे जवळजवळ अशक्य आहे. याउलट, प्रकार II सुपरकंडक्टर विविध क्षेत्रात वापरले जातात. सुपरकंडक्टिंग अनुप्रयोगांचे एक प्रातिनिधिक उदाहरण म्हणजे सुपरकंडक्टिंग इलेक्ट्रोमॅग्नेट. इलेक्ट्रोमॅग्नेट हा एक चुंबक आहे जो केवळ विद्युत प्रवाह वाहतानाच चुंबकीकृत होतो. स्पीकर आणि तत्सम उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेट वापरले जातात. शून्य प्रतिरोधक असलेल्या सुपरकंडक्टरचा वापर करून इलेक्ट्रोमॅग्नेट बनवल्याने त्याच्या ऑपरेशन दरम्यान वीज वाया जाऊ शकते. सर्किटमध्ये सुपरकंडक्टर देखील वापरले जातात. सुपरकंडक्टर वापरणारे सर्किट त्यांच्याशिवाय असलेल्या सर्किटपेक्षा वेगाने कार्य करतात. जलद सर्किट ऑपरेशन सर्किट वापरताना केवळ प्रायोगिक वेळ कमी करत नाही तर वेगवान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा विकास देखील सक्षम करते.
जर खोलीच्या तापमानाला सुपरकंडक्टिव्हिटी दाखवणारा सुपरकंडक्टर विकसित केला गेला, तर तो पदार्थ पॉवर ट्रान्समिशन लाईन्स, कॅपेसिटर, ट्रान्सफॉर्मर, मॅग्नेटिक लेव्हिटेशन ट्रेन्स आणि मोटर्स अशा विविध क्षेत्रात वापरता येईल. सुपरकंडक्टिंग वायर्स पॉवर ट्रान्समिशन दरम्यान विद्युत उर्जेचा तोटा कमी करतात. अनावश्यक उर्जेचा तोटा कमी केल्याने कमी वीज निर्माण करावी लागते, ज्यामुळे संसाधनांचा अपव्यय टाळता येतो.
सुपरकंडक्टर वापरणाऱ्या मॅग्लेव्ह गाड्या अति-उच्च वेगाने प्रवास करू शकतात. यामुळे वाहतुकीच्या प्रगतीला हातभार लागेल. सध्या, अभियंत्यांनी सुपरकंडक्टरचे गंभीर तापमान 52K पर्यंत वाढवले आहे आणि संशोधन सुरू आहे. हाइक कामरलिंग ओनेस यांनी अपघाताने शोधलेल्या या सुपरकंडक्टरने ऊर्जा संकटांना तोंड देणाऱ्या आधुनिक समाजासाठी विज्ञानाच्या इतिहासात एक महत्त्वपूर्ण छाप सोडली आहे.
सुपरकंडक्टर्सचा शोध लागल्यापासून, त्यांनी केवळ भौतिकशास्त्रच नव्हे तर विद्युत अभियांत्रिकी आणि पदार्थ विज्ञान यासारख्या विविध क्षेत्रांवरही खोलवर प्रभाव पाडला आहे. सुपरकंडक्टर्स आता केवळ भौतिक कुतूहलाचे विषय राहिलेले नाहीत; ते व्यावहारिक वापराच्या क्षमतेसह महत्त्वाचे तांत्रिक साधने बनले आहेत. शिवाय, ते सामाजिक विकासात लक्षणीय योगदान देण्याची मोठी क्षमता दर्शवितात. आजच्या जगात, जिथे मर्यादित संसाधनांचा बेपर्वा वापर समस्याप्रधान आहे, खोलीच्या तापमानावर वापरण्यायोग्य सुपरकंडक्टर्सचा विकास महत्त्वपूर्ण मानला जातो. जर अभियंत्यांनी खोलीच्या तापमानावर सुपरकंडक्टिव्हिटी दर्शविणारी सामग्री विकसित केली, तर मानवता त्याच्या उत्क्रांतीत आणखी एक पाऊल पुढे टाकेल. सुपरकंडक्टर्सचे व्यावसायिक अनुप्रयोग जसजसे विस्तारत जातील तसतसे आपण अधिक कार्यक्षम आणि शाश्वत मार्गांनी ऊर्जा वापरण्यास सक्षम होऊ. मानवतेसमोरील अनेक समस्या सोडवण्यात, विशेषतः ऊर्जा आणि पर्यावरणाशी संबंधित समस्या सोडवण्यात हे महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावेल.
