میسنر اثر: اخذ، بمقابلہ فلوکس پلاننگ، فارمولا اور اس کے اطلاقات

1933 میں جرمن طبیعیات دان رابرٹ اوچسن فیلڈ اور والتھر میسنر نے ایک اہم دریافت کی جسے Meissner Effect کہا جاتا ہے۔ ان کی تحقیقات میں ٹن اور لیڈ کے سپر کنڈکٹنگ نمونوں کے ارد گرد مقناطیسی فیلڈ کی تقسیم کی پیمائش شامل تھی۔ ان نمونوں کو ان کے سپر کنڈکٹنگ ٹرانزیشن درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا کرنے اور انہیں مقناطیسی میدان کے تابع کرنے پر، Ochsenfeld اور Meißner نے ایک قابل ذکر رجحان دیکھا۔ نمونوں کے باہر مقناطیسی میدان میں اضافہ ہوا، جو نمونوں کے اندر سے مقناطیسی میدان کے اخراج کی نشاندہی کرتا ہے۔ یہ رجحان، جہاں ایک سپر کنڈکٹر اپنے اندر بہت کم یا بغیر کسی مقناطیسی میدان کی نمائش کرتا ہے، اسے Meissner ریاست کہا جاتا ہے۔ تاہم، یہ حالت مضبوط مقناطیسی شعبوں کے زیر اثر خرابی کے لیے حساس ہے۔ یہ مضمون Meissner Effect، اس کے میکانزم، اور اس کے عملی استعمال کا ایک جائزہ فراہم کرتا ہے۔

Meissner اثر کیا ہے؟

Meissner اثر a سے مقناطیسی میدان کا اخراج ہے۔ سپر کنڈکٹر اس کے سپر کنڈکٹنگ حالت میں تبدیلی کے دوران جب بھی اسے نازک درجہ حرارت میں ٹھنڈا کیا جاتا ہے۔ یہ مقناطیسی فیلڈ کا اخراج قریبی مقناطیس کے خلاف مزاحمت کرے گا اور جب بھی لاگو مقناطیسی میدان بہت مضبوط ہو گا تو Meissner ریاست ٹوٹ جائے گی۔

سپر کنڈکٹرز دو کلاسوں میں دستیاب ہیں اس کی بنیاد پر کہ خرابی کیسے ہوتی ہے جیسے قسم I اور قسم II۔ قسم I کاربن نانوٹوبس اور نائوبیم کے علاوہ سب سے خالص عنصری سپر کنڈکٹرز ہیں جبکہ قسم II تقریباً تمام مرکب اور ناپاک سپر کنڈکٹرز ہیں۔

سپر کنڈکٹر میں میسنر اثر

جب بھی سپر کنڈکٹرز کو ایک نازک درجہ حرارت میں ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو وہ مقناطیسی فیلڈ کو باہر نکال دیتے ہیں اور مقناطیسی فیلڈ کو اپنے اندر داخل نہیں ہونے دیتے ہیں، اس لیے سپر کنڈکٹرز کے اندر یہ رجحان Meissner اثر کے نام سے جانا جاتا ہے۔

جب بھی کوئی سپر کنڈکٹنگ مادہ اپنے نازک درجہ حرارت میں ٹھنڈا ہو جاتا ہے، تو یہ ایک سپر کنڈکٹیو حالت میں بدل جاتا ہے، اس لیے مادے کے الیکٹران جوڑے بنتے ہیں کوپر کے جوڑے۔ یہ جوڑے پورے مواد میں بغیر کسی مزاحمت کے حرکت کرتے ہیں۔ ایک ہی وقت میں، مواد مقناطیسی شعبوں کو پیچھے ہٹانے کے لیے مثالی ڈائی میگنیٹزم کی نمائش کرتا ہے۔

یہ پسپائی مقناطیسی فیلڈ لائنوں کو تقریباً سپر کنڈکٹر کو موڑ کر سطحی کرنٹ بنانے کا سبب بن سکتی ہے جو مادے میں موجود بیرونی مقناطیسی فیلڈ کو قطعی طور پر منسوخ کر دیتی ہے اس طرح، مقناطیسی میدان موثر طریقے سے سپر کنڈکٹر سے خارج ہو جاتا ہے اور میسنر اثر ہوتا ہے۔

Meissner اثر کی مثال درج ذیل تصویر میں دکھائی گئی ہے۔ یہ میسنر حالت تب ٹوٹ جاتی ہے جب مقناطیسی میدان ایک مقررہ قدر سے آگے بڑھتا ہے اور نمونہ ایک عام موصل کی طرح برتاؤ کرتا ہے۔

لہذا، یہ مخصوص مقناطیسی فیلڈ ویلیو جس سے آگے سپر کنڈکٹر اپنی معمول کی حالت میں واپس آجاتا ہے اسے کریٹیکل میگنیٹک فیلڈ کہا جاتا ہے۔ یہاں، اہم مقناطیسی میدان کی قدر بنیادی طور پر درجہ حرارت پر منحصر ہے۔ جب اہم درجہ حرارت کے تحت درجہ حرارت کم ہوتا ہے، تو اہم مقناطیسی میدان کی قدر بڑھ جاتی ہے۔ ذیل میں میسنر اثر گراف درجہ حرارت کے ذریعے اہم مقناطیسی میدان کے اندر تبدیلی کو ظاہر کرتا ہے۔

اخذ

معلومات کے دو ضروری ٹکڑے جو ایک ریاضی فراہم کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ میسنر اثر کا اخذ ہیں توانائی کے تحفظ کے اصول اور مقناطیسی شعبوں کے ساتھ ساتھ برقی کرنٹ کے درمیان بنیادی تعلق۔ الیکٹرو موٹیو فورس ایک بند سرکٹ کے دوران مقناطیسی بہاؤ کے اندر تبدیلی سے پیدا ہونے والا وولٹیج ہے۔ بند سرکٹ کے اندر فیراڈے کے انڈکشن قانون پر مبنی EMF یا الیکٹرو موٹیو فورس پورے سرکٹ میں مقناطیسی میدان کی تبدیلی کی شرح کے براہ راست متناسب ہے۔ اس طرح،

ε = -dΦ/dt

مندرجہ بالا تعلق کو استعمال کرتے ہوئے، ہم یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کہ جب بھی کسی مادے کی عام حالت سے سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی ہوتی ہے، کوئی مقناطیسی بہاؤ‘‘ ایف ای اصل میں مواد میں موجود ہونے کو تبدیل کرنا چاہئے۔ لہذا یہ تبدیلی ایک الیکٹرو موٹیو فورس بنائے گی اور مادی سطح پر اسکریننگ کرنٹ بنائے گی۔ بہاؤ کے اندر اس تبدیلی کی مزاحمت وہی ہے جو Meissner Effect کو باہر کے مقناطیسی میدان کو نکالنے پر مجبور کرتی ہے۔

فلکس پننگ بمقابلہ میسنر اثر

فلوکس پننگ اور میسنر اثر کے درمیان بنیادی فرق کو سمجھنا یقینی طور پر سپر کنڈکٹنگ مظاہر کی سمجھ کو بڑھاتا ہے اور ہمیں بتاتا ہے کہ سپر کنڈکٹیویٹی ایک بھرپور تعامل کرنے والی قوت اور مادے کی غیر معمولی حالت ہے۔ فلکس پننگ بمقابلہ میسنر اثر کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث آیا ہے۔

چھوٹے سپر کنڈکٹرز میں پیرا میگنیٹک میسنر اثر

یہ اثر سپر کنڈکٹرز کی سب سے بنیادی خاصیت ہے اور اس کا مطلب صفر مزاحمتی ہے۔ فی الحال، کئی تجربات سے یہ بات سامنے آئی ہے کہ کچھ سپر کنڈکٹنگ نمونے مقناطیسی میدان کو اپنی طرف متوجہ کر سکتے ہیں جسے پیرا میگنیٹک میسنر اثر کہا جاتا ہے۔ یہ اثر مقناطیسی میدان کے لیے ایک دوغلی فعل ہے جو ایک مخصوص فیلڈ کے اوپر مخصوص Meissner اثر کی جگہ لے لیتا ہے جب بھی متعدد فلوکس کوانٹا سپر کنڈکٹر میں منجمد ہوتے ہیں۔

پیرا میگنیٹک حالت میٹاسٹیبل پائی جاتی ہے اور Meissner حالت بیرونی شور کے ساتھ بحال ہوتی ہے۔ لہذا پیرا میگنیٹک میسنر اثر سطح کی سپر کنڈکٹیویٹی کے ساتھ وابستہ ہے، اس طرح یہ ایک عام سپر کنڈکٹر خاصیت کی نمائندگی کرتا ہے۔ درجہ حرارت کو کم کرنے سے، سپر کنڈکٹنگ کور میں سطح کے اہم میدان میں پکڑا ہوا بہاؤ اضافی بہاؤ کو سطح میں داخل ہونے کی اجازت دے کر ایک چھوٹے حجم میں کم ہو جاتا ہے۔

ایپلی کیشنز

دی Meissner اثر کی ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• اس کا استعمال کوانٹم لیویٹیشن یا کوانٹم ٹریپنگ میں آنے والی نقل و حمل کی ٹیکنالوجیز اور SQUIDs آپریشن کو تیار کرنے کے لیے کیا جاتا ہے تاکہ لطیف مقناطیسی تبدیلیوں کی پیمائش کی جا سکے۔
• یہ اثر مقناطیسی لیویٹیشن کے اندر استعمال ہوتا ہے جس کا مطلب ہے کہ کسی جسم کو مقناطیسی میدان کے علاوہ سپورٹ کے بغیر معطل کیا جا سکتا ہے۔
• اس اثر کے ممکنہ ایپلی کیشنز میں بنیادی طور پر شامل ہیں؛ نقل و حمل کی گاڑیاں مقناطیسی طور پر لیویٹڈ، کم وائبریشن ماؤنٹ، رگڑ کے بغیر بیرنگ وغیرہ۔
• اس اثر کو سپر کنڈکٹرز میں مقناطیسی ڈھال بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے جو مقناطیسی مداخلت سے حساس آلات کا دفاع کرتے ہیں۔
• یہ اثر مقناطیسی گونج امیجنگ اور پارٹیکل ایکسلریٹر ایپلی کیشنز کے لیے طاقتور سپر کنڈکٹنگ میگنےٹ بنانے کی اجازت دیتا ہے۔
• یہ سائنسی تحقیق، طبی امیجنگ، نقل و حمل وغیرہ جیسے شعبوں کو متاثر کرنے میں استعمال ہوتا ہے۔

سیبیک اثر کس نے دریافت کیا؟

سی بیک ایفیکٹ کو جرمن ماہر طبیعیات 'تھامس جوہان سی بیک' نے 1821 میں دریافت کیا تھا۔

سیبیک اثر کیوں اہم ہے؟

سیبیک اثر مختلف ایپلی کیشنز کے لیے بجلی پیدا کرنے کے لیے بہت زیادہ حساسیت اور درستگی کے ساتھ درجہ حرارت کی پیمائش میں مفید ہے۔

Seebeck اثر کیا ہے اور درجہ حرارت کی پیمائش کے لیے اس کا استعمال کیسے کیا جاتا ہے؟

سیبیک اثر ایک ایسا واقعہ ہے جہاں دو مختلف برقی موصلوں (یا) کے درمیان درجہ حرارت میں فرق ہوتا ہے۔ سیمی کنڈکٹرز دو مادوں کے درمیان وولٹیج کا تفاوت پیدا کرتا ہے۔ ایک بار جب دونوں میں سے ایک کو حرارت فراہم کی جاتی ہے۔ موصل (یا) سیمی کنڈکٹر، اور پھر گرم الیکٹران کولر کنڈکٹر (یا) سیمی کنڈکٹر میں بہہ جاتے ہیں۔ درجہ حرارت میں فرق ایک EMF بناتا ہے جسے Seebeck اثر کہتے ہیں۔

سیبیک درجہ حرارت کے ساتھ کیوں بڑھتا ہے؟

Seebeck عددی قدر درجہ حرارت کی پیمائش شدہ حد سے اوپر مثبت ہے، جو p-type کارکردگی کو ظاہر کرتی ہے اور یہ درجہ حرارت میں اضافے کے ساتھ بڑھ جاتی ہے۔ جب بھی درجہ حرارت بڑھتا ہے تو برقی چالکتا بڑھ جاتی ہے جو سیمی کنڈکٹر کی کارکردگی کی نشاندہی کرتی ہے۔

Meissner اثر کیا ہے اور اسے مقناطیسی لیوٹیشن میں کیسے استعمال کیا جاتا ہے؟

یہ اثر اچھے موصل بنا کر مقناطیسی لیویٹیشن کی اجازت دیتا ہے جب بھی وہ سپر کنڈکٹنگ میں تبدیل ہوتے ہیں تو مقناطیسی میدان کو دور رکھتے ہیں۔ ایک بار جب کنڈکٹر کو اس کے نازک درجہ حرارت میں ٹھنڈا کر دیا جاتا ہے، تو مقناطیسی فیلڈز کو باہر نکال دیا جاتا ہے تاکہ لیویٹنگ اثر پیدا ہو سکے۔

Meissner اثر کیا ہے جو ظاہر کرتا ہے کہ سپر کنڈکٹرز کامل ڈائی میگنیٹک مواد ہیں؟

Meissner ریاست کے اندر سپر کنڈکٹر مثالی ڈائی میگنیٹزم (یا) سپر ڈائی میگنیٹزم کو ظاہر کرتے ہیں جس کا مطلب ہے کہ سپر کنڈکٹر میں -1 مقناطیسی حساسیت ہے۔

اس طرح، یہ ہے Meissner اثر کا ایک جائزہ ، اخذ، اختلافات، اور اس کے اطلاقات۔ یہ ایک اہم درجہ حرارت سے نیچے سپر کنڈکٹرز کی سپر کنڈکٹنگ حالت میں منتقلی سے مقناطیسی میدان کا اخراج ہے۔ سپر کنڈکٹیویٹی کے اندر اس اثر میں سطحی برقی کرنٹ جنریشن شامل ہے جو باہر کے مقناطیسی شعبوں کی نفی کرنے کے لیے ایک مخالف مقناطیسی میدان بناتی ہے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، سپر کنڈکٹر کیا ہے؟