Példa szupravezető anyagokra

A szupravezető anyag olyan anyag, amely bizonyos körülmények között megmutatja az elektromos energia vezetésének képességét anélkül, hogy ellenállást vagy energiaveszteséget mutatna. Ezt a minőséget nevezzük szupravezetésnek, és 1911-ben fedezte fel Heike Kamerlingh Onnes.

Arra a következtetésre jutottak, hogy a hőmérséklet csökkenésével a fémes vezető anyag elektromos ellenállása fokozatosan gyengül; Az általában használt vezetőkben, mint például a Copper Cu és a Silver Ag, az olyan hibák, mint a szennyeződések, felső határt generálnak az anyagban. A réz esetében, még az abszolút nulla közelében is, a nulla nélküli ellenállás látható.

A szupravezető ellenállása élesen nullára csökken, amikor az anyag a kritikus hőmérséklet alá hűl. A szupravezető vezetékben áramló elektromos áram korlátlan ideig fennmaradhat áramforrás nélkül. A ferromágnesességhez és az atomspektrum-vonalakhoz hasonlóan a szupravezetés is a kvantummechanika jelensége.

A szupravezetők mágneses jellege

Bár a szupravezetők legkiemelkedőbb tulajdonsága az ellenállás hiánya, nem mondható el, hogy ez végtelen vezetőképességű anyag. Valójában egy I. típusú szupravezető anyag tökéletesen mágneses

. A dimagnetizmus olyan anyagminőség, amely lehetővé teszi a mágneses mezők elűzését. A paramágnesességgel ellentétben, amely abból áll, hogy reagál a mágneses mezők vonzására. Ez azt jelenti, hogy nem engedi be a mezőt, amely Meissner-effektus néven ismert.

A mágneses mezők kétféle szupravezetőt különböztetnek meg: az I. típust, amelyek nem engedik a külső mágneses tér behatolását (ami nagy energiaigénnyel jár, és a szupravezető állapot hirtelen megszakadását vonja maga után, ha túllépik a kritikus hőmérsékletet) és a II. típusúak, amelyek tökéletlen szupravezetők, abban az értelemben, hogy a mező hatékonyan behatol az Abrikosov-örvényeknek vagy fluxonoknak nevezett kis csatornákon keresztül. Ez a két típusú szupravezető valójában két különböző fázis, amelyeket Lev Davidovich Landau és Aleksey Alekséyecih Abrikosov jósolt meg.

Ha egy gyenge külső mágneses mezőt alkalmaznak egy II. Típusú szupravezetőre, az tökéletesen taszítja. Ha megnövekszik, a rendszer instabillá válik, és örvényeket kezd bevezetni az energia csökkentése érdekében. Ezeknek az örvényeknek a száma növekszik, és örvényhálózatokba helyezkednek el, amelyek megfelelő technikák alkalmazásával megfigyelhetők. Ha a mező elég nagy, a hibák száma olyan magas, hogy az anyag már nem szupravezető. Ez a kritikus mező, amely megakadályozza az anyag szupravezetését, és hőmérsékletfüggő.

A szupravezetők elektromos jellege

A szuperdiamagnetizmus megjelenése annak köszönhető, hogy az anyag képes szuperáramokat létrehozni. A szupersugarak olyan elektronáramok, amelyekben nem oszlik el energia, így örökké fennmaradhatnak anélkül, hogy engedelmeskednének a hőtermelés miatti energiaveszteség Joule-hatásának. Az áramok létrehozzák a Meissner-effektus fenntartásához szükséges erős mágneses teret. Ugyanezek az áramok lehetővé teszik az energia továbbítását energiafelhasználás nélkül, ami az ilyen típusú anyagok legkiemelkedőbb hatását képviseli.

Mivel a szupravezető elektronok száma véges, az anyag által szállítani képes áram mennyisége korlátozott. Ezért van egy kritikus áram, amelytől az anyag nem szupravezető, és elkezdi eloszlatni az energiát.

A II típusú szupravezetőkben a fluxusok megjelenése ezt okozza, még alacsonyabb áramok esetén is Kritikus szempontból az energia-disszipáció észlelhető az örvények és a rács atomjainak ütközése miatt.

Magas hőmérsékletű szupravezetők

A szupravezetés eléréséhez szükséges alacsony hőmérséklet miatt a leggyakoribb anyagok Általában folyékony héliummal hűtik őket (a folyékony nitrogén csak nagysebességű szupravezetők kezelésénél hasznos). hőfok). A szükséges összeszerelés bonyolult és költséges, kevés alkalmazásban használják, például nagy elektromágnesek felépítéséhez a magmágneses rezonancia (NMR) számára.

A 80-as években felfedezték őket magas hőmérsékletű szupravezetők, amelyek fázisátmenetet mutatnak a folyékony nitrogén folyadék-gőz átmenetét meghaladó hőmérsékleten. Ez csökkentette az ilyen anyagok tanulmányozásának költségeit, és megnyitotta az ajtót az anyagok létezésének szupravezetők szobahőmérsékleten, ami forradalmat jelentene a kortárs világ iparában.

A magas hőmérsékletű szupravezetők fő hátránya a kerámiaösszetétel, amely alkalmatlanná teszi őket kábelek műanyag alakváltozással történő előállítására. A szalagok gyártására azonban új technikákat fejlesztettek ki, mint például az IBAD (Ionnyalábos segédfektetés). Ezzel a technikával 1 kilométernél hosszabb kábeleket értek el.

Példák a szupravezetők alkalmazására

A szupravezető nagyon eltérően viselkedik, mint a normál vezetők. Ez nem olyan vezető, amelynek ellenállása közel nulla, de az ellenállás pontosan nulla. Ez nem magyarázható a hagyományos illesztőprogramokkal használt hagyományos modellekkel, például a Drude modellel.

A szupravezető mágnesek az ismert legerősebb elektromágnesek. Magleves (mágneses levitációs) vonatokban, kórházak magmágneses rezonancia (NMR) gépeiben és egy részecskegyorsító fénysugárának megcélzásában használják őket. Használhatók mágneses elválasztásra is, ahol a gyenge mágneses részecskék kevesebb vagy nem mágneses részecskék hátteréből származnak, mint például a pigmentiparban.

Szupravezetőkből digitális áramköröket, valamint rádiófrekvenciás és mikrohullámú szűrőket is készítettek mobiltelefon bázisállomásokhoz.

A szupravezetőkkel építik a Josephson csomópontokat, amelyek az építőelemek SQUID-ek (szupravezető kvantum interferencia készülékek), a legszélesebb körben ismert magnetométerek érzékeny.

Az üzemmódtól függően egy Josephson-csomópont fotondetektorként vagy keverőként használható. A normál állapotból a szupravezető állapotba való átmenet ellenállásának nagy változását hőmérők felépítésére használják kriogén fotondetektorokban.

Az innovatív és előremutató alkalmazások között vannak nagy teljesítményű transzformátorok, energiatárolás, elektromos erőátvitel, villanymotorok és levitációs eszközök mágneses.

A szupravezetés azonban érzékeny a mozgó mágneses mezőkre, így alkalmazza azt a váltakozó áramot, például a transzformátorokat, nehezebb lesz előállítani, mint azokat, amelyek áramot táplálnak folytasd.

Példák szupravezető anyagokra

Ezek lehetnek fémek, például:

1. Vezet
2. Ón
3. Cirkónium
4. Higany
5. Volfrám
6. Cink
7. Iridium
8. Vanádium
9. Titán
10. Lítium
11. Bárium
12. Berillium
13. Kadmium
14. Króm.

Ezek lehetnek nemfémek vagy metalloidok, például:

1. Bór
2. Kalcium
3. Szén
4. Szilícium
5. mérkőzés
6. Oxigén
7. Kén
8. Szelén
9. Arzén
10. Bróm
11. indián
12. Tallium
13. Bizmut