超電導材料の例

化学 / by admin / July 04, 2021

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超電導材料は、特定の条件下で抵抗やエネルギー損失を示すことなく電気エネルギーを伝導する能力を示すものです。 この品質は超伝導と呼ばれ、 1911年にHeikeKamerlinghOnnesによって発見されました.

結論として、 温度が下がると、金属導電性材料の電気抵抗率は徐々に低下します; ただし、銅Cuや銀Agなど、通常使用される導体では、 不純物などの欠陥は、物質に上限値を生成します. 銅の場合、絶対零度に近い場合でも、ゼロ以外の抵抗が表示されます。

超伝導体の抵抗は、材料が臨界温度以下に冷えると急激にゼロに低下します。 超電導線に流れる電流は、電源がなくても無期限に持続する可能性があります。 強磁性や原子スペクトル線のように、超伝導は量子力学の現象です。

超伝導体の磁気特性

超伝導体の最大の特徴は抵抗がないことですが、無限導電率の材料とは言えません。実際、タイプI超伝導材料は完全に反磁性です. 反磁性は、磁場を追い払うことを可能にする材料の品質です。磁場の引力に反応することからなる常磁性とは対照的に. これは、フィールドが浸透できないことを意味します。これは、マイスナー効果として知られています。

磁場は2つのタイプの超伝導体を区別します：外部磁場が浸透することを許さないタイプI （これは高エネルギーの努力を伴い、臨界温度を超えると超伝導状態が突然破裂することを意味します）、およびタイプII、これらは不完全な超伝導体です、その意味で フィールドは、アブリコソフ渦、またはフラクソンと呼ばれる小さなチャネルを効果的に貫通します. これらの2種類の超伝導体は、実際には、Lev DavidovichLandauとAlekseyAlekséyecihAbrikosovによって予測された2つの異なる相です。

第二種超伝導体に弱い外部磁場をかけると、完全に反発します。それが増加すると、システムは不安定になり、そのエネルギーを減少させるために渦を導入し始めます. これらの渦は数が増えており、適切な手法を使用して観測できる渦ネットワークに配置されています。場が十分に大きい場合、欠陥の数が非常に多いため、材料はもはや超伝導体ではありません。これは、材料が超伝導になるのを防ぐ重要なフィールドであり、温度に依存します。

超伝導体の電気的性質

超反磁性の出現は、超電流を生成する材料の能力によるものです。超電流は、エネルギーが放散されない電子の電流であるため、発熱によるエネルギー損失のジュール効果に従わずに永久に維持することができます。

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電流は、マイスナー効果を維持するために必要な強い磁場を生成します。これらの同じ電流により、エネルギーを消費せずにエネルギーを伝達できます。これは、このタイプの材料の最も優れた効果を表しています。

超伝導電子の数は有限であるため、材料が運ぶことができる電流の量は制限されます。したがって、材料が超伝導を停止し、エネルギーを散逸し始める臨界電流があります。

第二種超伝導体では、フラクソンの出現により、低電流でもそれが発生します重要なことに、渦が格子の原子と衝突するため、エネルギー散逸が検出されます。

高温超伝導体

超伝導を実現するために必要な低温のため、最も一般的な材料は次のとおりです。それらは通常、液体ヘリウムで冷却されます（液体窒素は高速超伝導体を扱う場合にのみ役立ちます）。温度）。必要なアセンブリは複雑で高価であり、核磁気共鳴（NMR）用の強力な電磁石の構築などのいくつかのアプリケーションで使用されています。

80年代に、彼らは発見されました 液体窒素の気液転移を超える温度で相転移を示す高温超伝導体. これにより、そのような材料の研究にかかるコストが削減され、材料の存在への扉が開かれました。室温での超伝導体。これは、現代世界の産業に革命をもたらすことを意味します。

高温超伝導体の最大の欠点はセラミック組成であり、塑性変形によるケーブルの製造には不向きです。 ただし、IBAD（Ion Beam Assisted Deposition）などのテープを製造するための新しい技術が開発されています。この技術により、1キロメートルを超える長さのケーブルが実現されました。

超伝導体の応用例

超伝導体は通常の伝導体とは非常に異なった振る舞いをします。抵抗がゼロに近い導体ではありませんが、抵抗は正確にゼロに等しくなります。これは、ドルーデモデルなどの一般的なドライバーに使用される従来のモデルでは説明できません。

超伝導磁石は、知られている最も強力な電磁石の一部です。 それらは、リニアモーターカー（磁気浮上）列車、病院の核磁気共鳴（NMR）装置、および粒子加速器のビームの標的化に使用されます。それらはまた、顔料産業のように、弱い磁性粒子がより少ないまたは非磁性粒子の背景から引き出される磁気分離にも使用できます。