Primjer supravodljivih materijala

Superprovodljivi materijal je onaj koji pokazuje sposobnost provođenja električne energije bez predstavljanja otpora ili gubitaka energije pod određenim uvjetima. Ta se kvaliteta naziva Superprovodljivost i Otkrio ga je 1911. Heike Kamerlingh Onnes.

Zaključeno je da, kako temperatura opada, električni otpor metalnog vodljivog materijala postupno postaje sve slabiji; Međutim, u vodičima koji se obično koriste, poput bakra Cu i srebra Ag, nedostaci poput nečistoća stvaraju gornju vrijednost u tvari. U slučaju bakra, čak i blizu apsolutne nule, prikazan je otpor koji nije nula.

Otpor supravodiča naglo pada na nulu kada se materijal ohladi ispod kritične temperature. Električna struja koja teče u supravodljivoj žici može trajati neograničeno dugo bez izvora napajanja. Poput feromagnetizma i atomskih spektralnih linija, supravodljivost je fenomen kvantne mehanike.

Magnetski karakter supravodiča

Iako je najizraženije svojstvo supravodiča odsutnost otpora, ne može se reći da je riječ o materijalu beskonačne vodljivosti. Zapravo je supravodljivi materijal tipa I savršeno dijamagnetski

. Dijamagnetizam je kvaliteta materijala koja mu omogućuje da odagna magnetska polja. Suprotno paramagnetizmu, koji se sastoji od reagiranja na privlačenje magnetskih polja. To znači da ne dopušta prodiranje polja, što je poznato kao Meissnerov efekt.

Magnetska polja razlikuju dvije vrste supravodiča: tip I koji ne dopuštaju prodor vanjskog magnetskog polja (što podrazumijeva veliki energetski napor i podrazumijeva naglo puknuće supravodljivog stanja ako se prekorači kritična temperatura), i tip II, koji su nesavršeni supravodiči, u smislu da polje učinkovito prodire kroz male kanale zvane Abrikosov vrtlozi ili fluksoni. Ove dvije vrste supravodiča zapravo su dvije različite faze koje su predvidjeli Lev Davidovich Landau i Aleksey Alekséyecih Abrikosov.

Kada se na supervodič tipa II primijeni slabo vanjsko magnetsko polje, ono ga savršeno odbija. Ako se poveća, sustav postaje nestabilan i počinje uvoditi vrtloge kako bi smanjio svoju energiju. Ti se vrtlozi povećavaju, stavljajući se u vrtložne mreže koje se mogu promatrati pomoću odgovarajućih tehnika. Kad je polje dovoljno veliko, broj grešaka je toliko velik da materijal više nije supravodnik. To je kritično polje koje sprječava materijal da bude superprovodljiv i ovisi o temperaturi.

Električni karakter supravodiča

Pojava superdiamagnetizma posljedica je sposobnosti materijala da stvara superstruje. Nadstruje su struje elektrona u kojima se energija ne rasipa, tako da se mogu zauvijek održavati bez pokoravanja Jouleovom učinku gubitka energije uslijed stvaranja topline. Struje stvaraju jako magnetsko polje potrebno za održavanje Meissnerovog učinka. Te iste struje omogućuju prijenos energije bez potrošnje energije, što predstavlja najistaknutiji učinak ove vrste materijala.

Budući da je broj supravodljivih elektrona konačan, količina struje koju materijal može nositi je ograničena. Stoga postoji kritična struja od koje materijal prestaje biti superprovodljiv i počinje rasipati energiju.

U superprovodnicima tipa II to uzrokuje pojava fluksona, čak i za slabije struje Kritično se otkriva rasipanje energije uslijed sudara vrtloga s atomima rešetke.

Supertemperaturi visoke temperature

Zbog niskih temperatura potrebnih za postizanje supravodljivosti, najčešći su materijali Obično se hlade tekućim helijem (tekući dušik koristan je samo pri rukovanju superprovodnicima velike brzine temperatura). Potrebni sklop je složen i skup, a koristi se u nekoliko primjena, poput izgradnje snažnih elektromagneta za nuklearnu magnetsku rezonancu (NMR).

U 80-ima su otkriveni visokotemperaturni supravodiči, koji pokazuju fazni prijelaz na temperaturama iznad prijelaza tekućina-para tekućeg dušika. To je smanjilo troškove proučavanja takvih materijala i otvorilo vrata postojanju materijala supravodiči na sobnoj temperaturi, što bi značilo revoluciju u industriji suvremenog svijeta.

Glavni nedostatak visokotemperaturnih supravodiča je njihov keramički sastav, što ih čini neprikladnima za izradu kabela plastičnom deformacijom. Međutim, razvijene su nove tehnike za proizvodnju traka poput IBAD-a (Ion Beam Assisted Deposition). Ovom tehnikom postignuti su kablovi duljine veće od 1 kilometra.

Primjeri primjene supravodiča

Superprovodnik se ponaša vrlo drugačije od normalnih vodiča. To nije vodič čiji je otpor blizu nule, ali otpor je točno jednak nuli. To se ne može objasniti konvencionalnim modelima koji se koriste za uobičajene upravljačke programe, poput modela Drude.

Superprovodljivi magneti su neki od najmoćnijih poznatih elektromagneta. Koriste se u vlakovima maglev (magnetska levitacija), u strojevima za nuklearnu magnetsku rezonancu (NMR) u bolnicama i za ciljanje snopa akceleratora čestica. Također se mogu koristiti za magnetsko razdvajanje, gdje se slabe magnetske čestice izvlače iz pozadine manje ili nemagnetskih čestica, kao u industriji pigmenata.

Superprovodnici su također korišteni za izradu digitalnih sklopova i radiofrekvencijskih i mikrovalnih filtara za bazne stanice mobilnih telefona.

Superprovodnici se koriste za izgradnju Josephsonovih čvorova, koji su gradivni blokovi LIGNJEVI (Superprovodljivi kvantni interferencijski uređaji), najpoznatiji magnetometri osjetljiv.

Ovisno o načinu rada, Josephsonov spoj se može koristiti kao detektor fotona ili kao mješalica. Velika promjena otpora prema prijelazu iz normalnog u supravodljivo stanje koristi se za izradu termometara u kriogenim detektorima fotona.

Inovativne i napredne aplikacije uključuju transformatore visokih performansi, skladištenje energije, prijenos električne energije, elektromotori i uređaji za levitaciju magnetski.

Međutim, supravodljivost je osjetljiva na pokretna magnetska polja pa aplikacije koje koristiti izmjeničnu struju, poput transformatora, bit će teže izraditi od onih koji se napajaju strujom nastavi.

Primjeri supravodljivih materijala

Mogu biti metali, kao što su:

1. voditi
2. Kositar
3. Cirkonij
4. Merkur
5. Volfram
6. Cinkov
7. Iridij
8. Vanadij
9. Titan
10. Litij
11. Barij
12. Berilijum
13. Kadmij
14. Krom.

Mogu biti nemetali ili metaloidi, kao što su:

1. Bor
2. Kalcij
3. Ugljik
4. Silicij
5. Podudarnost
6. Kisik
7. Sumpor
8. Selen
9. Arsen
10. Brom
11. Indijanac
12. Talij
13. Bizmut