מטפחים את הדור הבא של פורצי הדרך במדע

תופעת טבע

מוריה רוזנפלד, מנהיגת שוליך ממחזור 2014, לומרת הנדסת חשמל ומחשבים בהתמחות באלקטרואופטיקה  ומיקרואלקטרוניקה באוניברסיטה העברית, מתחילה פינה חדשה: "תופעת טבע"!

60 שניות  (פחות או יותר) על משהו מעניין שאולי עוד לא שמעתם עליו. והפעם: ריחוף קוונטי: תופעה בתרמודינמיקה שנשמעת קצת כמו מדע בדיוני, למרות שהיא אמיתית לגמרי. קראו עוד כאן.

תרמודינמיקה, ריחוף קוונטי וקצת מדע בדיוני

במסגרת קורס בפיזיקה תרמית, למדנו על מעברי פאזה - שינוי מהותי במצב החומר כתלות בטמפרטורה. דוגמא מוכרת לשינוי פאזה היא שינוי מצב צבירה: מים בטמפרטורה נמוכה הופכים למוצק (קרח) ובטמפרטורה גבוהה מתאדים. מעבר פאזה פחות מוכר אך מעניין מאוד הוא מעבר של חומר ממוליך למצב של מוליך-על (superconductors). במתכות מסוימות, מתחת לטמפרטורה קריטית, משתנות התכונות האלקטרוניות באופן חד ומשמעותי והן הופכות למוליכי-על. במהלך השינוי ההתנגדות החשמלית שלהן יורדת כך שאפשר להזרים דרכן אלקטרונים בלי התנגדות ובלי אובדן אנרגיה.

 

אז למה אני מספרת לכם על מולכי על?

כי הם יכולים לרחף. כן כן, בדיוק כמו רכבי חלל מגניבים וכסופים שכאלה. היכולת הזו מתרחשת הודות לעובדה שמוליכי-על דוחים שדות מגנטיים, בתופעה שנקראת "אפקט מייסנר".

עוד קצת הסבר והכל יהיה מובן.

הסיבה לדחייה היא שקווי שדה מגנטי שחודרים לתוך מוליך העל גורמים לעלייה באנרגיה שלו, כך שמבחינה אנרגטית עדיף למוליך העל לדחות את השדה המגנטי, מתוך עיקרון המינימליזציה של האנרגיה. כאן גם נכנסת לפעולה ההולכה החשמלית המושלמת של מוליך העל. מאחר שזרם יכול לזרום בו בלי עלות אנרגטית, כשמקרבים אליו מגנט מתחיל לזרום זרם חשמלי על שפת המוליך. בתוך מוליך העל, השדה המגנטי שהזרם הזה יצר שווה בגודלו והפוך בסימנו לשדה המגנטי שנוצר בהשפעת המגנט החיצוני, כך שהשדה המגנטי בתוך מוליך העל מתאפס למעשה – כלומר השדה המגנטי נדחה ממוליך העל.

לעומת זאת, המגנט החיצוני חש בשדה המגנטי שנוצר עקב זרמי השפה שזורמים על מוליך העל ונדחה ממנו. באותו אופן מובן שגם מוליך העל נדחה מהמגנט (בגלל החוק השלישי של ניוטון) ולכן, כשמניחים מוליך-על מעל מגנט, הוא מרחף מעליו. התופעה הזו הופכת ליותר מעניינת דווקא במקרים שבהם דחיית קווי השדה איננה מושלמת. כלומר שאריות של קווי שדה מגנטי יכולות "להיתקע" בתוך מוליך העל וליצור בו מערבולות זרם קטנות.

קווי השדה שנשארים בתוך מוליך העל נוטים "להינעל" במקומות מסוימים וכל הזזה שלהם ממקומם עולה אנרגיה. לכן מוליך העל לא רק מרחף מעל המגנט אלא ממש ננעל במקומו. אנו יכולים להפוך את המערכת, לסובב אותה ולעשות בה כרצוננו, והנעילה תישאר.

ההשלכות של תופעה זו הן מרחיקות לכת: מוליך על מסוגל "לסחוב" משקלים הכבדים ממנו פי עשרות אלפים. עכשיו נניח שבבסיס כל כלי רכב יהיה מוליך על קטן בטמפרטורה הנדרשת, ורשת הכבישים תחופה בשכבה מגנטית. בעלות מינימלית של אנרגיה, תתאפשר תחבורה "מרחפת".

כרגע המדע עוד רחוק ממימוש מושלם של התופעה הפיזיקלית, אבל רבים וטובים חוקרים ברחבי העולם את העניין, במטרה להגיע ליכולת ממשית בתחום. עוד כמה עשרות שנים, אולי יותר – ואנחנו שם. ממש כמו בסרט מדע בדיוני. לא מגניב?

אם עוד לא השתכנעתם שזה אכן מתרחש, ואתם רוצים לראות את הריחוף הקוונטי בעיניים ולקבל עוד קצת הסברים מעמיקים לתופעה, יש הרצאה קצרה ומעולה בTED של בועז אלמוג על הנושא. מצורף בקישור:

https://www.ted.com/talks/boaz_almog_levitates_a_superconductor?language=he


                                           

 

מוריה רוזנפלד, שנה ב' בהנדסת חשמל ומחשבים בהתמחות באלקטרואופטיקה ומיקרואלקטרוניקה, האוניברסיטה העברית, שוליך 2014-2015

חזרה לניוזלטר

 

בקמפוס

Ways to enjoy student's live

Ways to enjoy student's live

טכניון - מכון טכנולוגי לישראל

טכניון - מכון טכנולוגי לישראל

המקצועות הנכללים במלגה ביולוגיה ביוכימיה מולקולארית ביואינפורמטיקה הנדסה...