Пример за свръхпроводящи материали

Свръхпроводящ материал е този, който показва способността да провежда електрическа енергия, без да представя съпротивление или загуби на енергия при определени условия. Това качество се нарича свръхпроводимост и Открит е през 1911 г. от Heike Kamerlingh Onnes.

Беше заключено, че тъй като температурата намалява, електрическото съпротивление на метален проводим материал постепенно става по-лошо; Въпреки това, в обикновено използваните проводници, като мед Cu и сребро Ag, дефекти като примеси генерират таванска стойност на веществото. В случай на мед, дори близо до абсолютната нула, се показва ненулево съпротивление.

Съпротивлението на свръхпроводника пада рязко до нула, когато материалът се охлади под критичната си температура. Електрическият ток, протичащ в свръхпроводящ проводник, може да продължи безкрайно без източник на енергия. Подобно на феромагнетизма и атомните спектрални линии, свръхпроводимостта е явление на квантовата механика.

Магнитен характер на свръхпроводниците

Въпреки че най-забележителното свойство на свръхпроводниците е липсата на съпротивление, не може да се каже, че това е материал с безкрайна проводимост. Всъщност свръхпроводящият материал от тип I е напълно диамагнитен

. Диамагнетизмът е качеството на материала, което му позволява да отблъсква магнитните полета. Противно на парамагнетизма, който се състои в реагиране на привличането на магнитни полета. Това означава, че то не позволява на полето да проникне, което е известно като ефект на Майснер.

Магнитните полета разграничават два типа свръхпроводници: тип I, които не позволяват на външно магнитно поле да проникне (което води до големи енергийни усилия и предполага внезапно разрушаване на свръхпроводящото състояние, ако критичната температура е надвишена), и тези от тип II, които са несъвършени свръхпроводници, в смисъл, че полето ефективно прониква през малки канали, наречени абрикосовски вихри или флуксони. Тези два вида свръхпроводници всъщност са две различни фази, които бяха предсказани от Лев Давидович Ландау и Алексей Алексеечи Абрикосов.

Когато се прилага слабо външно магнитно поле към свръхпроводник тип II, то го отблъсква перфектно. Ако се увеличи, системата става нестабилна и започва да въвежда вихри, за да намали енергията си. Тези вихри се увеличават по брой, поставяйки се във вихрови мрежи, които могат да бъдат наблюдавани с помощта на подходящи техники. Когато полето е достатъчно голямо, броят на дефектите е толкова голям, че материалът вече не е свръхпроводник. Това е критичното поле, което спира даден материал да бъде свръхпроводящ и зависи от температурата.

Електрически характер на свръхпроводниците

Появата на супердиамагнетизъм се дължи на способността на материала да създава свръхток. Свръхтоковете са токове на електрони, в които не се разсейва енергия, така че те могат да се поддържат завинаги, без да се подчиняват на ефекта на Джоул от загубата на енергия поради генерирането на топлина. Теченията създават силното магнитно поле, необходимо за поддържане на ефекта на Майснер. Същите тези токове позволяват предаването на енергия без изразходване на енергия, което представлява най-забележителният ефект от този тип материали.

Тъй като броят на свръхпроводящите електрони е ограничен, количеството ток, който може да носи материалът, е ограничено. Следователно има критичен ток, от който материалът спира да бъде свръхпроводящ и започва да разсейва енергията.

При тип II свръхпроводници появата на флуксони причинява това, дори при по-ниски токове Критично е да се открие разсейване на енергия поради сблъсъка на вихрите с атомите на решетката.

Високотемпературни свръхпроводници

Поради ниските температури, необходими за постигане на свръхпроводимост, най-често срещаните материали са Те обикновено се охлаждат с течен хелий (течният азот е полезен само при работа с високоскоростни свръхпроводници). температура). Необходимият монтаж е сложен и скъп и се използва в няколко приложения, като например изграждането на мощни електромагнити за ядрено-магнитен резонанс (ЯМР).

През 80-те те бяха открити високотемпературни свръхпроводници, които показват фазов преход при температури над прехода течност-пара на течен азот. Това намали разходите за проучване на такива материали и отвори вратата за съществуването на материали свръхпроводници със стайна температура, което би означавало революция в индустрията на съвременния свят.

Основният недостатък на високотемпературните свръхпроводници е керамичният им състав, което ги прави неподходящи за направата на кабели чрез пластична деформация. Разработени са обаче нови техники за производството на ленти като IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Чрез тази техника са постигнати кабели с дължина по-голяма от 1 километър.

Примери за приложения на свръхпроводници

Свръхпроводникът се държи много различно от нормалните проводници. Това не е проводник, чието съпротивление е близо до нула, но съпротивлението е точно равно на нула. Това не може да се обясни с конвенционалните модели, използвани за обикновени драйвери, като модела Drude.

Свръхпроводящите магнити са едни от най-мощните познати електромагнити. Те се използват в влакове за магнитна левитация (магнитна левитация), в машини за ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) в болници и за насочване на лъча на ускорител на частици. Те могат да се използват и за магнитно разделяне, където слаби магнитни частици се изтеглят от фона на по-малко или немагнитни частици, както в пигментните индустрии.

Свръхпроводниците са използвани и за направата на цифрови схеми и радиочестотни и микровълнови филтри за базови станции на мобилни телефони.

Свръхпроводниците се използват за изграждане на Джозефсънови кръстовища, които са градивните елементи на СКВИДИ (свръхпроводящи устройства с квантова интерференция), най-известните магнитометри чувствителен.

В зависимост от режима на работа, връзка Джоузефсън може да се използва като фотонен детектор или като смесител. Голямата промяна в съпротивлението към прехода от нормално състояние към свръхпроводящо състояние се използва за изграждане на термометри в криогенни фотонни детектори.

Иновативните и ориентирани към бъдещето приложения включват високопроизводителни трансформатори, съхранение на енергия, пренос на електрическа енергия, електродвигатели и устройства за левитация магнитни.

Свръхпроводимостта обаче е чувствителна към движещи се магнитни полета, така че приложенията, които използвайте променлив ток, като трансформатори, ще бъде по-трудно да се направи от тези, които се захранват с ток продължавай.

Примери за свръхпроводящи материали

Те могат да бъдат метали, като:

1. Водя
2. Калай
3. Цирконий
4. живак
5. Волфрам
6. Цинк
7. Иридий
8. Ванадий
9. Титан
10. Литий
11. Барий
12. Берилий
13. Кадмий
14. Chrome.

Те могат да бъдат неметални или металоидни, като:

1. Бор
2. Калций
3. Въглерод
4. Силиций
5. Съвпада
6. Кислород
7. Сяра
8. Селен
9. Арсен
10. Бром
11. Индийски
12. Талий
13. Бисмут