คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุตัวนำยวดยิ่งยุคใหม่ ความสำคัญของวัสดุเหล่านี้ในงานวิศวกรรมและข้อดีในเรื่องการประหยัดพลังงาน
คุณสมบัติทางความร้อนของวัสดุตัวนำยวดยิ่งยุคใหม่
วัสดุตัวนำยวดยิ่ง (Superconductors) คือวัสดุที่สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่มีความต้านทาน เมื่อถูกทำให้เย็นถึงอุณหภูมิที่ต่ำมาก ในยุคใหม่มีการค้นคว้าและพัฒนาวัสดุตัวนำยวดยิ่งที่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่าเดิม อย่างที่ทราบกันดีว่า วัสดุตัวนำยวดยิ่งมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งซึ่งสามารถนำไปใช้ในหลายสาขา เช่น เครือข่ายไฟฟ้า เครื่อง MRI และรถไฟแม็กเลฟ (Magnetic Levitation Trains)
อุณหภูมิวิกฤต (Critical Temperature, Tc)
อุณหภูมิวิกฤต (Tc) หมายถึงอุณหภูมิที่วัสดุตัวนำยวดยิ่งเปลี่ยนสภาพจากการเป็นวัสดุตัวนำยวดยิ่งไปเป็นตัวนำธรรมดา ในวัสดุตัวนำยวดยิ่งตามปกติ Tc อยู่ใกล้กับศูนย์องศาเคลวิน แต่ในยุคใหม่มีการพบว่า วัสดุบางชนิด เช่น YBCO (Yttrium Barium Copper Oxide) สามารถเป็นตัวนำยวดยิ่งได้ที่อุณหภูมิใกล้กับ -196°C หรือ 77 K ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สามารถทำได้ด้วยไนโตรเจนเหลว ทำให้การใช้งานวัสดุตัวนำยวดยิ่งในทางปฏิบัติง่ายขึ้น
สมบัติของความร้อนในตัวนำยวดยิ่ง
หนึ่งในคุณสมบัติทางความร้อนที่สำคัญของวัสดุตัวนำยวดยิ่งคือการเกิด “ช่องว่างพลังงาน” (Energy Gap) ที่ทำให้การกระจัดกระจายของคู่โคเปอร์ (Cooper Pairs) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้การนำไฟฟ้าไม่มีความต้านทาน คุณสมบัตินี้เป็นผลให้วัสดุสามารถคงสถานะตัวนำยวดยิ่งได้เมื่อถูกทำให้เย็นถึงอุณหภูมิต่ำ ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ
การใช้งานในทางวิศวกรรม
การทำความเย็นอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญ เพื่อให้วัสดุเหล่านี้ทำงานในสถานะตัวนำยวดยิ่ง วัสดุที่มี Tc สูง เช่น YBCO ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นด้วยไนโตรเจนเหลวได้ ประโยชน์ที่ได้จากการใช้งานวัสดุตัวนำยวดยิ่งมีมากมาย ตั้งแต่การผลิตแม่เหล็กพลังสูงสำหรับเครื่อง MRI การส่งผ่านไฟฟ้าในระยะไกลโดยไม่สูญเสียพลังงาน และการพัฒนารถไฟแม่เหล็ก
สรุป
วัสดุตัวนำยวดยิ่งยุคใหม่มีคุณสมบัติทางความร้อนที่ทำให้เป็นไปได้ในการประยุกต์ใช้ได้หลากหลายและสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งนำมาสู่การใช้ประโยชน์ในด้านวิศวกรรมโดยเฉพาะการประยุกต์ใช้งานต่างๆ ที่ต้องการความมีประสิทธิภาพสูงและการลดการสูญเสียพลังงาน