Supravodiče jsou materiály, které mohou vést k elektřina, aniž byste nabízeli jakýkoli druh odpor, jakmile dosáhnou a teplota velmi nízká, známá jako kritická teplota. Také vytvořte řádky magnetické pole není schopen proniknout, takže supravodiče lze použít k podpoře magnetické levitace.
Podívejte se také: Vodiče a izolátory - pochopte rozdíly a vlastnosti každého z nich
Jak fungují supravodiče
Fenomén supravodivosti lze vysvětlit pouze kvantová fyzika. Tento jev je charakterizován Meissnerův efekt, což vede k tomu, že čáry magnetického pole nejsou schopné pronikat materiály supravodiče, pokud jsou tyto materiály ochlazeny na teploty nižší než jejich kritické teploty.
Vy první supravodiče které se objevily, musely být chlazeny extrémně nízké teploty. Výzkum nových materiálů však umožnil jejich vývoj a schopnost vykazovat supravodivost při vyšších teplotách. NedávnoStudie ukázaly, že některé materiály se mohou stát supravodivými teploty velmi blízké okolnímu prostředí, ale aby k tomu mohlo dojít, musí podléhat tlakyhodněvysoký.
Jaký je vztah mezi supravodivostí a teplotou? Ačkoli odpověď není tak jednoduchá jako otázka, pokusme se jí porozumět: kovy obecně jsou Dobrývodiče elektřinu, jako je měď, stříbro a zlato. Tato schopnost souvisí s vaší míra odpor, co je velminízký.
Nízký měrný odpor kovů zase souvisí s velkým množství elektrony volný, uvolnit, s absence nečistot (v této souvislosti jsou nečistoty atomy jiných prvků uvnitř vodiče) a s řád krystalové struktury, to je způsob, jakým atomy jsou umístěny ve vztahu k sobě navzájem.
-li zahřáté, kovy nejsou tak dobré při vedení elektrického proudu., na základě zvýšitdávávibrace jejich atomů - oscilace těchto atomů způsobuje více srážek s elektrony v elektrický proud, což ztěžuje řízení. Pokud jsou však kovy chlazeny, začnou se chovat ještě snadněji než při pokojové teplotě a pokud toto chlazení extrapolujeme, dosáhneme bodu, kde nebude žádný odpor k průchodu elektřina.
Úvahy týkající se ochlazování kovů a zvyšování vodivosti byly zkoumány nizozemským fyzikem heikeKamerlinghonnes (1853-1926), ochlazením vzorku mrtuť při teplotě -269 ° C. V té době si Onnes uvědomil, že odporz mrtuť najednoustalo senula když dosáhla této teploty.
Nepřestávejte... Po reklamě je toho víc;)
Asi o 20 let později němečtí fyzici KarlMeissner a RobertOchsenfeld zjistili, že supravodiče narušily průchod čar magnetického pole v nich.
Ve svých experimentech zjistili, že když je supravodič vystaven vnějšímu magnetickému poli, jsou to elektrické proudy vytvořené zvenčí, což způsobí, že se magnetické pole objeví na povrchu supravodiče, který působí proti magnetickému poli. externí. Prostřednictvím tohoto jevu, který se v současné době nazývá Meissnerův efekt, je možné nechat vlaky levitovat, jak je tomu v případě maglev:
Druhy supravodičů a jejich materiály
Supravodiče jsou třídou materiálů, které vykazují změnu stavu, která způsobuje jejich přenos elektrické náboje bez jakékoli opozice. Nelze tedy říci, z čeho jsou supravodiče vyrobeny, ale spíše různé materiály použité k jejich výrobě. Existují tedy supravodiče:
z čistých chemických prvků, jako rtuť, Vést to je uhlík;
organický, jako jsou fullereny, uhlíkové nanotrubice, grafen;
keramický;
z různých slitiny kovů, jako je niob-titan, germanium-niob.
Podívejte se také: Elektrické obvody - jak fungují, prvky, elektrické připojení atd.
Technologické aplikace supravodičů
Supravodiče mohou být užitečné v jakémkoli typu elektrického obvodu, aby bylo více efektivní, i když nemáme vodič při pokojové teplotě, v současné době se používá hlavně tyto jsou:
vlaky maglev - Tento typ vlaku využívá k plavení Meissnerův efekt přítomný v supravodičích, takže vyvíjí vysokou rychlost a stává se efektivnějším než konvenční vlak.
Zařízení pro nukleární magnetickou rezonanci - Uvnitř těchto zařízení jsou cívky vyrobené z kovových slitin, které se po ochlazení stávají supravodivými a jsou schopné vytvářet magnetická pole s vysokou intenzitou.
Výroba elektřiny - Ve vodních, termoelektrických, jaderných nebo dokonce větrných elektrárnách je potřeba přeměňovat mechanickou energii v elektrických se proto používá generátor, jehož cívky jsou při správném provedení vyrobeny ze supravodivých kovových slitin nachlazení.
Autor: Rafael Hellerbrock
Učitel fyziky
Chcete odkazovat na tento text ve školní nebo akademické práci? Dívej se:
HELERBROCK, Rafaeli. „Supravodiče“; Brazilská škola. K dispozici v: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Zpřístupněno 27. června 2021.
