Пример суперпроводних материјала

Суперпроводљиви материјал је онај који показује способност спровођења електричне енергије без представљања отпора или губитака енергије под одређеним условима. Овај квалитет се назива Суперпроводљивост и Открио га је 1911. Хеике Камерлингх Оннес.

Закључено је да, како температура опада, електрични отпор металног проводног материјала постепено постаје све лошији; Међутим, у проводницима који се обично користе, попут бакра Цу и сребра Аг, недостаци као што су нечистоће генеришу горњу вредност супстанце. У случају бакра, чак и близу апсолутне нуле, приказан је нула-отпор.

Отпор суперпроводника нагло пада на нулу када се материјал охлади испод критичне температуре. Електрична струја која тече у суправодљивој жици може трајати неограничено дуго без извора напајања. Попут феромагнетизма и атомских спектралних линија, суправодљивост је феномен квантне механике.

Магнетни карактер суперпроводника

Иако је најистакнутије својство суправодича одсуство отпора, не може се рећи да је то материјал бесконачне проводљивости. У ствари, суправодљиви материјал типа И је савршено дијамагнетни

. Дијамагнетизам је квалитет материјала који му омогућава да одагна магнетна поља. Супротно парамагнетизму, који се састоји од реаговања на привлачење магнетних поља. То значи да не дозвољава продирање поља, што је познато као Мајснеров ефекат.

Магнетна поља разликују две врсте суправодича: тип И, који не дозвољавају продирање спољног магнетног поља (што подразумева велики енергетски напор и подразумева нагли слом суперпроводног стања ако је критична температура прекорачена), и тип ИИ, који су несавршени суперпроводници, у смислу да поље ефикасно продире кроз мале канале зване Абрикосов вртлози или флуксони. Ова два типа суперпроводника су у ствари две различите фазе које су предвидели Лев Давидович Ландау и Алексеј Алексејевич Абрикосов.

Када се на суперпроводник типа ИИ примени слабо спољно магнетно поље, оно га савршено одбија. Ако се повећа, систем постаје нестабилан и почиње да уводи вртлоге како би смањио своју енергију. Ови вртлози се повећавају, стављајући се у вртложне мреже које се могу посматрати користећи одговарајуће технике. Када је поље довољно велико, број дефеката је толико велик да материјал више није суперпроводник. Ово је критично поље које спречава материјал да буде суперпроводљив и зависи од температуре.

Електрични карактер суперпроводника

Појава супердиамагнетизма настала је због способности материјала да ствара суперструје. Суперструје су струје електрона у којима се енергија не расипа, тако да се могу заувек одржавати без поштовања Џоловог ефекта губитка енергије услед стварања топлоте. Струје стварају јако магнетно поље неопходно за одржавање Мајснеровог ефекта. Исте те струје омогућавају пренос енергије без трошења енергије, што представља најистакнутији ефекат ове врсте материјала.

Будући да је број суперпроводних електрона коначан, количина струје коју материјал може да носи је ограничена. Због тога постоји критична струја од које материјал престаје да буде суперпроводљив и почиње да расипа енергију.

У суперпроводницима типа ИИ, појава флуксона узрокује то, чак и за мање струје Критично је да се дисипација енергије открива услед судара вртлога са атомима решетке.

Супертемператури високе температуре

Због ниских температура потребних за постизање суперпроводљивости, најчешћи су материјали Обично се хладе течним хелијумом (течни азот је користан само при руковању суперпроводницима велике брзине). температура). Потребни склоп је сложен и скуп и користи се у неколико примена, као што је израда моћних електромагнета за нуклеарну магнетну резонанцу (НМР).

Осамдесетих су откривени високотемпературни суперпроводници, који показују фазни прелаз на температурама изнад течно-парне транзиције течног азота. Ово је смањило трошкове проучавања таквих материјала и отворило врата постојању материјала суперпроводници на собној температури, што би значило револуцију у индустрији савременог света.

Главни недостатак високотемпературних суправодича је њихов керамички састав, што их чини неприкладним за израду каблова пластичном деформацијом. Међутим, развијене су нове технике за производњу трака попут ИБАД-а (Ион Беам Ассистед Депоситион). Кроз ову технику постигнути су каблови дужине веће од 1 километра.

Примери примене суперпроводника

Суперпроводник се понаша сасвим другачије од нормалних проводника. То није проводник чији је отпор близу нуле, али отпор је тачно једнак нули. То се не може објаснити конвенционалним моделима који се користе за уобичајене управљачке програме, као што је модел Друде.

Суперпроводљиви магнети су неки од најмоћнијих познатих електромагнета. Користе се у возовима маглев (магнетна левитација), у машинама за нуклеарну магнетну резонанцу (НМР) у болницама и за циљање зрака акцелератора честица. Такође се могу користити за магнетно раздвајање, где се слабе магнетне честице црпе из позадине мање или немагнетних честица, као у индустрији пигмената.

Суперпроводници су такође коришћени за израду дигиталних кола и радио фреквенција и микроталасних филтера за базне станице мобилних телефона.

Суперпроводници се користе за изградњу Јосепхсон чворова, који су градивни блокови СКУИДс (Суперцондуцтинг Куантум Интерференце Девицес), најпознатији магнетометри осетљив.

У зависности од режима рада, Јосепхсон-ов спој се може користити као детектор фотона или као мешач. Велика промена отпора прелазу из нормалног у суперпроводно стање користи се за израду термометара у криогеним детекторима фотона.

Иновативне и напредне апликације укључују трансформаторе високих перформанси, складиштење енергије, пренос електричне енергије, електромотори и уређаји за левитацију магнетна.

Међутим, суперпроводљивост је осетљива на магнетна поља која се крећу па апликације које употреба наизменичне струје, као што су трансформатори, биће теже направити од оне која се напаја струјом настави.

Примери суперпроводних материјала

То могу бити метали, као што су:

1. Олово
2. Калај
3. Цирконијум
4. Меркур
5. Волфрам
6. Цинк
7. Иридијум
8. Ванадијум
9. Титанијум
10. Литијум
11. Баријум
12. Берилиј
13. Кадмијум
14. Хром.

Могу бити неметали или металоиди, као што су:

1. Бор
2. Калцијум
3. Угљеник
4. Силицијум
5. Меч
6. Кисеоник
7. Сумпор
8. Селен
9. Арсеник
10. Бром
11. Индијанац
12. Талијум
13. Бизмут