إن الديناميات الحرارية تقف في صميم الجهود العلمية الرامية إلى تطوير موصلات خارقة ذات درجة عالية من الحرارة لنقل الطاقة، وبدون فهم عميق للمبادئ الدينامية الحرارية مثل الطاقة الحرة، والتجهيز، والتحولات التدريجية - التي يمكن أن تكافح من أجل تحديد وتثبيت وفهم المواد التي تبث الكهرباء دون مقاومة في درجات حرارة مفيدة عملياً، وهذا الانضباط لا يفسر أيضاً سبب تحول بعض المواد إلى أشرطة سطحية

ما هي الموصلات الخارقة عالية التناسب؟

أما الموصلات الخارقة فهي مواد لا تقاوم الكهرباء إلا عندما تبرد تحت درجة حرارة حرجة معينة (Tc) وتحتاج الموصلات الخارقة العادية المعروفة باسم الموصلات الفائقة التأثيث (LTS) إلى درجة حرارة أعلى من الصفر (تتراوح بين 30 كيلو متراً، أو نحو - 243 درجة مئوية) التي تتطلب تهدئة الهيليوم السائل.

إن المقاومة التي تحدد الممتلكات - صفر - تضاعف هذه المواد جاذبية غير عادية لنقل الطاقة، ففي سلك تقليدي أو آلومنيوم، حتى في درجة حرارة الغرفة، تتسبب المقاومة في تفريق الطاقة كثيفة، حيث أن الخسائر الحرارية في خطوط النقل تصل عادة إلى ٥-١٠ في المائة من الكهرباء المتولدة، وهي تكلفة اقتصادية وبيئية كبيرة، وتتحمل الكابلات المتحركة التي لا تتردد فيها، وتزيد كثافة الطاقة الكهربائية الموجودة على نحو ما هو أبعد من ذلك.

لماذا الديموقراطية الحرارية هي أمور للمكونات الخارقة

فالدولة التي تعمل بالموجات الخارقة هي مرحلة حرارية، لا مجرد حالة منخفضة المقاومة، إذ إن الطاقة الحرة للمرحلة التي تُستخدم فيها الطاقة المتزامنة (الزوجان) يجب أن تكون أقل من تلك التي تُستخدم في المرحلة المعدنية العادية في مجال حرارة ومغنطيسية، إذ أن المواد الحرارية توفر الإطار اللازم لاكتشاف الحدود القصوى للطاقة، وتحديد الظروف التي يمكن فيها التنبؤ بها.

دور الديناميكا الحرارية في تنمية الموصلات العليا

الطاقة الحرة ودرجة الاستقرار

At the heart of thermodynamics is the concept of Djibouti free energy. For a superconductor, the transition from normal to superconducting state occurs when the Djibouti free energy of the superconducting state (G[FLT disappear]]s) is lower than that of normal state ([4)

كما أن الإلكترونيات تؤدي دوراً حيوياً في الدولة التي تُنتج مباشرة، وهي تشكل أزواجاً متماسكة، مما يقلل من عدد الدول الصغرى التي يمكن الوصول إليها مقارنة بالوضع الطبيعي الذي يتصرف فيه الإلكترونية بشكل مستقل، وبالتالي فإن الاختراع في مرحلة الإرسال الفائق هو أقل، ويقتضي القانون الثاني لمركبات الحرارة أن يكون الفرق الخفي متسقاً مع المتغيرات الحرارية المتخلفة باستمرار.

فهم المرحلة الانتقالية

وتنشأ القدرة على التأقلم عن طريق الانتقال إلى مرحلة يتكون فيها الإلكترونات من زوج كوبر، ويتحول إلى حالة كمية من هذا النوع، وتصف أساليب الحرق الدينامية هذه الانتقال باستخدام نظرية Ginzburg-Landau ، التي تُدخل مظلة نظامية (كثافة الحسابات الإلكترونية المقترنة) وتعبر عن حرية استخدام الطاقة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن مخططات المرحلة من أكاذيب المنشطات الأمفيتامينية معقدة، وإلى جانب القدرة على إنتاج المواد الخارقة، فإن هذه المواد تظهر مراحل مضادة للأشعة الفوقية ومراحل الترجيح، وتُظهر القياسات الحرارية مثل الحرارة المحددة والتوسع الحراري تحولات بين هذه المراحل وتساعد على تحديد الظروف التي تنشأ فيها الأزواج، وعلى سبيل المثال، فإن التكسير (الشحن أو إزالة الناقلات) يُعِدُ مشهداً مثالياً في إنتاجية الطاقة.

المرحلة الأولى ضد المرحلة الثانية من مراحل الانتقال

ويشهد معظم الموصلات الخارقة، بما في ذلك HTS، انتقالاً من المرحلة الثانية في Tc في ميدان مغناطيسي صفر، غير أنه في الحقول المغناطيسية التطبيقية، يمكن أن يصبح الانتقال إلى الدولة العادية أول درجة في درجات حرارة منخفضة، وتتوقع أمراض الحرارة هذه الظروف التي يكتنفها هذا التغير والتي ترتبط بقفزة المغناطيس وعلاقة كلوسيوس - كلافيرون التي تتسم بأهمية حاسمة بالنسبة لتصميم أجهزة الحد الأقصى الحالية.

تحقيق أفضل استفادة من المواد

فالتحليل الحراري يُفيد بصورة مباشرة بتفاؤل المواد، إذ يمكن للباحثين، من خلال تغيير التركيبة الكيميائية، أن يحوّلوا مقياس الطاقة المصغرة المجانية، أو أن يرفعوا مستوى القدرة على نقل الطاقة الحالية، وعلى سبيل المثال، فإن إنتاج الكابلات ذات الحجم الكبير في إطار برنامج " يب " ، إضافة كميات صغيرة من العناصر ذات الأرض النادرة أو استحداث مراكز للضغط الاصطناعي (الجسيمات النانوية) يؤدي إلى إحداث تغييرات محلية في الطاقة الحرة التي تُخُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُ على خطوط الفلورة المغناطيسية.

والضغط هو مركب حراري آخر، إذ إن تطبيق الضغط الهيدروستاتي يضغط على التمرين، الذي يغير التفاعلات الإلكترونية ويرفع Tc. وبالنسبة لبعض البيوت، يزيد Tc في ضغط عدد من الشرائط البلاستيكية المتعددة الاغراض، ويفسر هذا من خلال العلاقة بين كلينكيس وكلابرون ويوضح كيف يؤثر تغير الحجم ودرجة التكهن على الفرق في الطاقة.

الآثار المترتبة على نقل السلطة

المواد المحتوية على مواد مؤثرة

(ب) الموصلات الخارقة ذات الحرارة العالية، التي صُنفت من خلال الاستخدام الأمثل للدماغ، تعد بإدخال تحسينات كبيرة على نقل الطاقة.() ويمكن أن يحمل كابل الطاقة العادي HTS أكثر من كابل النحاس التقليدي من نفس القسم، مع عدم وجود خسائر مقاومة، وهذه القدرة تقلل من الحاجة إلى خطوط متوازية متعددة، وتمتد بسرعة إلى مناطق حضرية مزورة، وتسمح باستعادة القنوات الموجودة تحت الأرض.

إنّها تُستخدم في تركيبة النيتروجين السائلة، وعادة ما تستخدم النيتروجين السائل (يرافقها جهاز التبريد أو نظام التداول) ودرجة الحرارة المستقرة في دورة التبريد، وعامل الأداء في النظام العام، وتحدّد كفاءة النظام، لأنّ الحدّ الأقصى لخسائر الأشعة تحت تأثير الأشعة تحت الصفرية

الشاحنات والتحويلات الحالية

وبالإضافة إلى الكابلات الخفيفة، تستخدم المادة الخطرة في أجهزة الحد الأدنى الحالية والمتحولات التي تعمل بالمحركات الفوقية، وتستغل هذه المركبات التحولات الخارقة التي تؤدي إلى إحداث أضرار غير طبيعية (الضغط) للحد من التجاوزات أثناء أخطاء الشبكة، وتتوقع أجهزة الحرارة الدينامية الدينامية الدينامية: ارتفاع درجة الحرارة المحلية، وتشويه المناطق الطبيعية، والوقت الذي يستغرقه الاسترداد.

فالتحليل الحراري للخسائر (الهستريز، تيدي ديديوميات في الموصل، والخسائر التغذوية في العزل) يُسترشد بتصميم الرياح المنخفضة، ويُستحث على نحو خاص على إنتاج كميات منخفضة من الوزن والحجم من أجل مزارع الريح البحرية ونظم الطاقة السفنية.

الاتجاهات المستقبلية

موصلات خارقة للطبيعة

وتحتاج المجازفة النهائية في مجال تحقيق الأهداف عند درجة الحرارة المحيطة والضغط إلى درجة لا تزال غير مسبوقة، ولكن الديناميات الحرارية ما زالت تسترشد بالبحث، كما أن الانجازات الأخيرة في مركبات الهيدروجين - السائلة تحت ضغط شديد: هضبة النيتهان (LaH10) تُظهر ضغطاً خارقاً في الإنتاج عند 250 كيلو متراً.

تعليم الآلات وعلم الحرارة العالي

ويُعجَّل اكتشاف المواد بواسطة فحوص حاسوبية عالية الجودة، تُستخدم بواسطة الديناميكية الحرارية، وتُدرج قواعد بيانات مثل مشروع المواد الكيميائية و قاعدة بيانات المواد الأوتوماتيكية الآن في مقاييس التكوين المحسوبة، ودرجات الحرارة الفوقية، والاختبار

نحو سلالات عملية

وحتى بالنسبة للمواد الموجودة في هذا المجال مثل " يبكو " ، فإن البصيرة الحرارية لا تزال تحسن الأداء، كما أن الحدود العليا في البولي كريستالين HTS تعمل كوصلات ضعيفة، تحد من الظروف الراهنة، وتزيد النماذج الحرارية للطاقة المتناهية الصغر والعزلة الحادة تساعد على الحد من الزوايا المضللة وتحسين القدرة على الاتصال.

وثمة حدود أخرى تتمثل في تطوير سبائك ذات مقومات عالية، حيث توجد عناصر معدنية متعددة في نسب شبه متساوية، وتستغل هذه المواد استقرار الديناميكية الحرارية لوجودها في حل صلب من المراحل الواحدة، ويظهر بعض المزيجات الخارقة في درجات الحرارة المتوسطة (كليفين)، ولكن المزيجات الكيمائية للدماغية الحرارية.

التحديات والطريق إلى الأمام

ورغم الوعد الذي لا يزال يواجه تحديات كبيرة في الدينامية الحرارية، فإن الخسائر في أشرطة الأشعة فوق البنفسجية - نتيجة للتغيرات في المجال المغناطيسي التي تخترق حرارة الصنع الشرائط التي يجب أن يزيلها المبردون، وتخفض الكفاءة عموماً، وتتفادى التقلب الحراري في هيكل الشرائط (مثلاً، الإجهاد، الملوّث) في تقليل هذه الخسائر إلى أدنى حد مع الحفاظ على كثافة هندسية العالية.

وفي الأجل الطويل، يتطلب إدماج المنشطات الأمفيتامينية في شبكة مصممة لموصلات مقاومة تكاليف رأس المال المتوازنة على مستوى النظم، أو استهلاك الطاقة المبردة، والقدرة على الانتقال، وستحدد أدوات تقييم دورة الحياة التي تتضمن كفاءة الدينامية الحرارية التطبيقات (الكابلات تحت الأرض، أو المحولات التي تعمل على إحداث ضغط الدم، أو المقيدين الحاليين الذين يخطئون) أكبر فائدة صافية.

إن الديناميات الحرارية ليست مجرد وسيلة نظرية لبحوث الموصلات الخارقة؛ فهي المحرك الذي يدفع إلى الاكتشاف والتفاؤل والانتشار العملي، إذ أن كل نظام من مصادر الطاقة الحرة يحدد الانتقال إلى التبريد المبرد الذي لا يحافظ على التشغيل، وكل خطوة في الرحلة من التجارب المختبرية إلى كابل الطاقة الكهربائية المزودة بشبكة الإنترنت، تظل متوقفة على مبادئ الدينامية الحرارية، حيث أن الباحثين يدفعون إلى درجة حرارة أعلى وأكثر.

وبفهم هذه العلاقات الدينامية الحرارية وتسييرها، يمكن للعلماء والمهندسين أن يقتربوا من الواقع رؤية شبكات الطاقة التي لا تخسر ولا تحتمل القدرة العالية، مما يقلل من نفايات الطاقة ويتيح إقامة هياكل أساسية للكهرباء أكثر استدامة.