Supravadošo materiālu piemērs

Supravadīts materiāls ir tāds, kas izpaužas spējā vadīt elektrisko enerģiju, neradot pretestību vai enerģijas zudumus noteiktos apstākļos. Šo īpašību sauc par supravadītspēju un To 1911. gadā atklāja Heike Kamerlingh Onnes.

Ir secināts, ka, temperatūrai samazinoties, metāla vadoša materiāla elektriskā pretestība pakāpeniski kļūst vājāka; Tomēr parasti izmantotajos vadītājos, piemēram, Copper Cu un Silver Ag, defekti, piemēram, piemaisījumi, rada vielai maksimālo vērtību. Vara gadījumā, pat tuvu absolūtai nullei, tiek parādīta pretestība, kas nav nulle.

Supravadītāja pretestība strauji pazeminās līdz nullei, kad materiāls atdziest zem tā kritiskās temperatūras. Elektrovadīta strāva, kas plūst supravadītājvadā, bez enerģijas avota var pastāvēt bezgalīgi. Tāpat kā feromagnētisms un atomu spektrālās līnijas, arī supravadītspēja ir kvantu mehānikas parādība.

Supravadītāju magnētiskais raksturs

Kaut arī izcilākais supravadītāju īpašums ir pretestības neesamība, nevar teikt, ka tas ir bezgalīgas vadītspējas materiāls. Faktiski I tipa supravadīts materiāls ir pilnīgi diamagnetisks

. Diamagnetisms ir materiāla kvalitāte, kas ļauj tam padzīt magnētiskos laukus. Pretēji paramagnetismam, kas sastāv no reakcijas uz magnētisko lauku pievilcību. Tas nozīmē, ka tas neļauj laukam iekļūt, kas ir pazīstams kā Meisnera efekts.

Magnētiskie lauki atšķir divus supravadītāju tipus: I tips, kas neļauj iekļūt ārējam magnētiskajam laukam (kas prasa lielu enerģētisko piepūli un nozīmē pēkšņu supravadītāja stāvokļa sabrukšanu, ja tiek pārsniegta kritiskā temperatūra) un II tips, kas ir nepilnīgi supravadītāji, tādā nozīmē lauks efektīvi iekļūst pa maziem kanāliem, kurus sauc par Abrikosova virpuļiem jeb fluxoniem. Šie divi supravadītāju veidi faktiski ir divas dažādas fāzes, kuras paredzēja Ļevs Davidovičs Landau un Aleksejs Aleksejecihs Abrikosovs.

Ja II tipa supravadītājam tiek piemērots vājš ārējais magnētiskais lauks, tas to lieliski atgrūž. Ja tas tiek palielināts, sistēma kļūst nestabila un sāk ieviest virpuļus, lai samazinātu tās enerģiju. Šo virpuļu skaits palielinās, un tie nonāk virpuļu tīklos, kurus var novērot, izmantojot piemērotus paņēmienus. Kad lauks ir pietiekami liels, defektu skaits ir tik liels, ka materiāls vairs nav supravadītājs. Tas ir kritiskais lauks, kas pārtrauc materiāla supravadīšanu, un tas ir atkarīgs no temperatūras.

Supravadītāju elektriskais raksturojums

Superdiamagnetisma parādīšanās ir saistīta ar materiāla spēju radīt superstrāvas. Virsstrāvas ir elektronu strāvas, kurās enerģija netiek izkliedēta, lai tās varētu saglabāt mūžīgi, nepakļaujoties siltuma radīšanas radītajam enerģijas zuduma Džoula efektam. Strāvas rada spēcīgu magnētisko lauku, kas nepieciešams Meisnera efekta uzturēšanai. Šīs pašas strāvas ļauj pārraidīt enerģiju bez enerģijas patēriņa, kas ir visizcilākā šāda veida materiālu ietekme.

Tā kā supravadošo elektronu skaits ir ierobežots, strāvas daudzums, ko materiāls var pārvadāt, ir ierobežots. Tāpēc pastāv kritiskā strāva, no kuras materiāls pārstāj būt supravadīts un sāk izkliedēt enerģiju.

II tipa supravadītājos plūsmu parādīšanās to izraisa pat zemākas strāvas gadījumā Kritiski tiek konstatēta enerģijas izkliede, pateicoties virpuļu sadursmei ar režģa atomiem.

Augstas temperatūras supravadītāji

Sakarā ar zemo temperatūru, kas nepieciešama supravadītspējas sasniegšanai, visbiežāk tiek izmantoti materiāli Parasti tos atdzesē ar šķidru hēliju (šķidrais slāpeklis ir noderīgs tikai, strādājot ar ātrgaitas supravadītājiem). temperatūra). Nepieciešamā montāža ir sarežģīta un dārga, un to izmanto dažos gadījumos, piemēram, jaudīgu elektromagnētu konstruēšanai kodolmagnētiskajai rezonansei (KMR).

80. gados tie tika atklāti augstas temperatūras supravadītāji, kuriem ir fāzes pāreja temperatūrā, kas pārsniedz šķidrā slāpekļa šķidruma-tvaika pāreju. Tas ir samazinājis šādu materiālu izpētes izmaksas un pavēris durvis materiālu pastāvēšanai supravadītāji istabas temperatūrā, kas nozīmētu revolūciju mūsdienu pasaules industrijā.

Galvenais augsttemperatūras supravadītāju trūkums ir to keramikas sastāvs, kas padara tos nepiemērotus kabeļu izgatavošanai ar plastmasas deformāciju. Tomēr lentu ražošanai ir izstrādātas jaunas metodes, piemēram, IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Izmantojot šo paņēmienu, ir sasniegti kabeļi, kuru garums pārsniedz 1 kilometru.

Supravadītāju pielietojuma piemēri

Supervadītājs izturas ļoti atšķirīgi no parastajiem vadītājiem. Tas nav vadītājs, kura pretestība ir tuvu nullei, bet pretestība ir tieši vienāda ar nulli. To nevar izskaidrot ar parastajiem modeļiem, ko izmanto parastajiem draiveriem, piemēram, ar Drude modeli.

Supravadoši magnēti ir vieni no jaudīgākajiem zināmajiem elektromagnētiem. Tos izmanto magleva (magnētiskās levitācijas) vilcienos, kodolmagnētiskās rezonanses (KMR) mašīnās slimnīcās un mērķējot uz daļiņu paātrinātāja staru. Tos var izmantot arī magnētiskai atdalīšanai, kur vājas magnētiskās daļiņas tiek iegūtas no mazāk vai nemagnētisku daļiņu fona, piemēram, pigmentu rūpniecībā.

Arī supravadītāji izmantoti digitālo shēmu un radiofrekvenču un mikroviļņu filtru izgatavošanai mobilo tālruņu bāzes stacijām.

Supravadītāji tiek izmantoti, lai izveidotu Džozefsona mezglus, kas ir būvniecības bloki SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices), visplašāk zināmie magnetometri jūtīgs.

Atkarībā no darbības režīma Džozefsona mezglu var izmantot kā fotonu detektoru vai kā maisītāju. Lielās pretestības izmaiņas pārejai no normālā stāvokļa uz supravadīšanas stāvokli tiek izmantotas, lai izveidotu termometrus kriogēnos fotonu detektoros.

Novatoriskas un uz nākotni vērstas lietojumprogrammas ietver augstas veiktspējas transformatorus, enerģijas uzkrāšana, elektropārvade, elektromotori un levitācijas ierīces magnētisks.

Tomēr supravadītspēja ir jutīga pret kustīgiem magnētiskajiem laukiem, tāpēc lietojumprogrammas izmantot maiņstrāvu, piemēram, transformatorus, būs grūtāk izveidot nekā tos, kas tiek baroti ar strāvu turpini.

Supravadošo materiālu piemēri

Tie var būt metāli, piemēram:

1. Svins
2. Alva
3. Cirkonijs
4. Dzīvsudrabs
5. Volframs
6. Cinks
7. Iridijs
8. Vanādijs
9. Titāns
10. Litijs
11. Bārijs
12. Berilijs
13. Kadmijs
14. Chrome.

Tie var būt nemetāli vai metaloīdi, piemēram:

1. Bors
2. Kalcijs
3. Ogleklis
4. Silīcijs
5. Spēle
6. Skābeklis
7. Sērs
8. Selēns
9. Arsēns
10. Broms
11. indiānis
12. Tallijs
13. Bismuts