სასწავლო პროექტის გეგმა

1. პროექტის სახელწოდება:

YBaCuO-ს მომზადება და კვლევა 

2. პროექტის მთავარი იდეა (თემა) 1-2 წინადადებით: 

შოთა რუსთაველის ეროვნულმა სამეცნიერო ფონდმა გამოაცხადა საგრანტო კონკურსი „მოსწავლეთა ჩართულობა სამეცნიერო სამუშაოებში“. 198-ე საჯარო სკოლის და ვეკუას სახელობის სოხუმის ფიზიკა-ტექნიკის ინსტიტუტის მიერ წარდგენილი პროექტი „YBaCuO-ს მომზადება და კვლევა“ დაფინანსდა. სამუშაოს მიზანი იყო მაღალტმპერატურული ზეგამტარი ნიმუშის მომზადება. 

3. პროექტის აქტუალობა: 

პროექტი აქტუალურია იმდენად, რამდენადაც ამ თემატიკასთან დაკავშირებით მსოფლიოში მიმდინარეობს მრავალმხრივი სამეცნიერო სამუშაოები. მაღალტემპერატურული ზეგამტარების მუშაობის შესაძლებლობა ოთახის ტემპერატურაზე მოგვცემს დენის უდანაკარგოდ გადატანის შესაძლებლობას.

4. პროექტის მიზნები: 

პროექტის მიზანია გარდა იმისა, რომ მიიღონ თემატიკასთან დაკავშირებით უამრავი საინტერესო ინფორმაცია, დაათვალიერონ სამეცნიერო ლაბორატორიები, გაეცნონ მათი მუშაობის პრინციპებს და უშუალოდ ჩაერთნონ სამეცნიერო სამუშაოებში.

5. მოსწავლეთა ასაკი: 

პროექტის მონაწილეები არიან მე-8, მე-9, მე-10 კლასის მოსწავლეები.

6. ვადები/ხანგრძლივობა: 

პროექტის ხანგრძლივობა არის 3 თვე.

7. მოსალოდნელი შედეგები/პროდუქტები, რაც შეიძლება შეიქმნას: 

მოსწავლეს წარმოდგენა ექმნება სამეცნიერო სამუშაოებზე. გამოიმუშავებენ კვლევით ჩვევებს. მოსწავლეები ხელმძღვანელების დახმარებით თავადვე დაამზადებენ ნიმუშებს.

8. პროექტისათვის საჭირო ძირითადი რესურსები:

გრანტით შეძენილი ძირითადი საშუალებები: მიკროსკოპი, ელექტრონული სასწორი, ნოუთბოოქი; დამხმარე საშუალებები როდინი, პირბადეები, დამცავი სათვალეები. ინსტიტუტის მხრიდან: ნიმუშის მოსამზადებლად და გამოსაცდელად აღჭურვილი ლაბორატორია.

9. პროექტის მსვლელობა (ძირითადი აქტივობები): 

პროექტის პირველი ეტაპია პროექტით გათვალისწინებული დამხმარე ხელსაწყოების შეძენა. მეორე ეტაპში ხდება მოსწავლეების მომზადება ჩასატარებელი სამუშაოების შესასრულებლად. მათ მიეწოდებათ ხელმძღვანელის მიერ მომზადებული მასალები სასწავლად. ხელმძღვანელი ასევე აცნობს მათ ინტერნეტიდან მოძიებულ ვიდეომასალებს. მესამე ეტაბი არის ლაბორატორიის გაცნობა და ნიმუშის მომზადება. ბოლო ეტაპი იქნება მოსწავლეების მიერ წარმოდგენილი პრეზენტაცია.

10. საგნებთან /საგნობრივ ჯგუფებთან/ეროვნულ სასწავლო გეგმასთან კავშირი: 

ფიზიკა/ქიმია/

11. პროექტის ხელმძღვანელი (მასწავლებელი) 

მაგდა მეცხვარიშვილი

12. ხელმძღვანელის ელ.ფოსტა: 

magdametskhv@gmail.com, magdametsk@yahoo.com

13. პროექტის ვებ-გვერდი/ბლოგი: 

magdametskhvarishvili.blogspot.com

ზ ე გ ა მ ტ ა რ ე ბ ი

     

     1.      აღმოჩენის ისტორია

     2.      მაღალტემპერატურული ზეგამტარი

     3.      ზეგამტარების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თვისება

     5.      ნიმუშის მომზადება

     6.      ნიმუშის დემონსტრაცია

1.     აღმოჩენის ისტორია

ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა ჰეიკე კამერლინგ ონესმა 1908 წელს მიიღო თხევადი ჰელიუმი. იგი სწავლობდა ნივთიერების ელექტრული წინააღმდეგობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულებას. ონესს სურდა გაერკვია რამდენად მცირე შეიძლებოდა გამხდარიყო ნივთიერების წინააღმდეგობა ელექტრული დენის მიმართ, თუ ნივთიერება მაქსიმალურად გაიწმინდებოდა მინარევებისგან და შემცირდებოდა „სითბური ხმაური“ ანუ შემცირდებოდა ტემპერატურა.

1911 წელს კამერლინგ ონესმა შეამჩნია ვერცხლის წყლის წინააღმდეგობის ძალიან მკვეთრი და მოულოდნელი ვარდნა 4.15K-ზე (~269°C) [1]. გარდა ამისა შეამჩნიეს, რომ ზეგამტარობის დარღვევა ხდებოდა ზეგამტარი დენის გაზრდისას. აღმოჩენილ იქნა თეთრი კალისა T_c=3.69K და ტყვიის T_c=7.26K ზეგამტარობა. 1913 წელს კამერლინგ ონესმა მიიღო ნობელის პრემია ფიზიკაში „დაბალ ტემპერატურებზე ნივთიერების თვისებების გამოკვლევებისათვის, რამაც იგი მიიყვანა თხევადი ჰელიუმის მიღებამდე“. ამგვარად კამერლინგ ონესს მიენიჭა ნობელის პრემია, მაგრამ არა ზეგამტარობის აღმოჩენისათვის, მიუხედავად იმისა, რომ ნობელის ლექციაზე ონესი შეეხო ამ საკითხსაც“.

2.   მაღალტემპერატურული ზეგამტარი.

ელექტრული დენის კარგი გამტარები ოქრო და სპილენძი საერთოდ არ გადადიან ზეგამტარ მდგომარეობაში. შედარებით ცუდი გამტარები Nb₃Sn, Nb₃Ga, Nb₃Ge წარმოადგენენ რეკორდსმენებს ზეგამტარ მდგომარეობაში გადასვლის ტემპერატურის მიმართ. მათი გადასვლის ტემპერატურა დაახლოებით 17-25K-ია. 1970 წლებიდან ცნობილი გახდა LiTi0₃, SrTiO₃, Ba(Pb,Bi)O₃ ოქსიდების ზეგამტარი თვისებები. ეს შენაერთბი იმდენად შორს არიან ჩვეულებრივი დენის გამტარებლობისაგან, რომ მათი ზეგამტარობა ეჩვენებოდათ თავსმოხვეულ გამონაკლისად. მაგრამ, სწორედ ამ გამონაკლისის განვითარებამ მიგვიყვანა რთული ოქსიდების მაღალტემპერატურულ ზეგამტარობამდე.

1986-1987 წლებში მაღალტემპერატურული ზეგამტარების აღმოჩენამ გამოიწვია სენსაცია. 1987 წელს კერამიკულ მასალებში ზეგამტარობის შესწავლისას მიღბული მიღწევებისათვის შვეიცარიელ ფიზიკოსებს ჯ.ბედნორცს და კ.მიულერს მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიკაში. მათ მიერ აღმოჩენილმა ზეგამტარობამ La-Ba-Cu-O შენაერთში (T_c=35K) [2] დასაბამი მისცა ისეთი შენაერთის აღმოჩენას, როგორიცაა Y-Ba-Cu-O, რომლის გადასვლის ტემპერატურა იყო T_c=93.5K. დღესდღეობით აღმოჩენილ შენაერთებს შორის ყველაზე მაღალი ზეგამტარ მდგომარეობაში გადასვლის ტემპერატურა არის დაახლოებით 160K.

3.  ზეგამტარების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თვისება

ზეგამტარობის მთავარი დამახასიათებელი თვისება, გარდა ნივთიერების ელექტრული წინააღმდეგობის ნულად გადაქცევისა არის მუდმივი მაგნიტური ველის გამოძევება ზეგამტარი ნიმუშიდან (ნახ. 2). ეს ეფექტი აღმოაჩინეს გერმანელმა ფიზიკოსებმა ვ. მეისნერმა და რ. ოქსენფელდმა და ცნობილი გახდა როგორც მეისნერ-ოქსენფელდის ეფექტი [3].

ამრიგად, იმისათვის, რომ დავადგინოთ ნიმუშს ახასიათბს თუ არა ზეგამტარობა, უნდა შევამოწმოთ ორი მახასიათებელი თვისება: 1) ელექტრული წინააღმდეგობის ნულთან ტოლობა და 2) მეისნერ–ოქსენფელდის ეფექტი.  

ლიტერატურა:

[1] Kamerlingh Onnes, H., "Further experiments with liquid helium. G. On the electrical resistance of pure metals, etc. VI. On the sudden change in the rate at which the resistance of mercury disappears." Comm. Phys. Lab. Univ. Leiden; No. 124c, 1911.

[2] J.G.  Bednorz and K.A. Muller (1986). "Possible High Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O System". Z. Physik. B 64.

[3] W. Meissner, R. Ochsebfeld. Ein neuer Effekt bei Eintritt der Supraleitfähigkeit, Naturwisseschaften, 3. November 1933, Volume 21, Issue 44, pp 787-788