Supraleiter sind Materialien, die zu Elektrizität, ohne irgendeine Art von anzubieten Widerstand, sobald sie a. erreichen Temperatur sehr niedrig, bekannt als die kritische Temperatur. Machen Sie auch die Zeilen von Magnetfeld nicht in der Lage, es zu durchdringen, so dass Supraleiter verwendet werden können, um die Magnetschwebebahn zu fördern.
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Wie Supraleiter funktionieren
Das Phänomen der Supraleitung kann nur erklärt werden durch Quantenphysik. Dieses Phänomen ist gekennzeichnet durch die Meissner-Effekt, wodurch die magnetischen Feldlinien die Materialien nicht durchdringen können Supraleiter, wenn diese Materialien auf Temperaturen unter ihrer. gekühlt werden kritische Temperaturen.
Sie erste Supraleiter das entstandene musste gekühlt werden extrem niedrige Temperaturen. Die Erforschung neuer Materialien hat es jedoch ermöglicht, diese zu entwickeln und in der Lage zu sein, bei höheren Temperaturen Supraleitung zu zeigen.
Vor kurzem, Studien haben gezeigt, dass einige Materialien in supraleitend werden können Temperaturen sehr nahe an der Umgebung, dafür müssen sie jedoch Drückevielhoch.
Welcher Zusammenhang besteht zwischen Supraleitung und Temperatur? Obwohl die Antwort nicht so einfach ist wie die Frage, versuchen wir sie zu verstehen: Metalle im Allgemeinen sind GutDirigenten Elektrizität wie Kupfer, Silber und Gold. Diese Fähigkeit hängt mit Ihrem zusammen Maß spezifischer Widerstand, was ist äußerstniedrig.
Der niedrige spezifische Widerstand von Metallen wiederum hängt mit dem großen zusammen Menge von Elektronen kostenlos, mit dem Abwesenheit von Verunreinigungen (Verunreinigungen sind in diesem Zusammenhang Atome anderer Elemente innerhalb des Leiters) und mit dem Reihenfolge der Kristallstruktur, das heißt, wie die Atome sie sind relativ zueinander positioniert.
wenn erhitzt, Metalle können elektrischen Strom nicht so gut leiten., aufgrund der erhöhen, ansteigengibtVibration ihrer Atome – die Schwingung dieser Atome verursacht mehr Stöße mit den Elektronen im elektrischer Strom, was das Fahren erschwert. Gekühlt beginnen Metalle jedoch noch leichter zu leiten als bei Raumtemperatur, und Wenn wir diese Abkühlung extrapolieren, erreichen wir einen Punkt, an dem es keinen Widerstand gegen den Durchgang von. gibt Elektrizität.
Die Argumentation im Zusammenhang mit der Abkühlung von Metallen und der Erhöhung der Leitfähigkeit wurde von dem niederländischen Physiker untersucht heikeKamerlinghonnes (1853-1926), durch Abkühlen einer Probe von ichMerkur bei einer Temperatur von -269 °C. Damals erkannte Onnes, dass die spezifischer Widerstandvon ichQuecksilber plötzlichwurdeNull als es diese Temperatur erreichte.
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Etwa 20 Jahre später haben deutsche Physiker KarlMeissner und RobertOchsenfeld fanden heraus, dass Supraleiter den Durchgang magnetischer Feldlinien in ihnen unterbrachen.
In ihren Experimenten fanden sie heraus, dass, wenn ein Supraleiter einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, elektrische Ströme an der Außenseite gebildet, wodurch auf der Oberfläche des Supraleiters ein Magnetfeld entsteht, das dem Magnetfeld entgegenwirkt. extern. Durch dieses Phänomen, das derzeit als Meissner-Effekt bezeichnet wird, ist es möglich, Züge zum Schweben zu bringen, wie es bei der Magnetschwebebahn der Fall ist:
Arten von Supraleitern und ihre Materialien
Supraleiter sind eine Klasse von Materialien, die eine Zustandsänderung aufweisen, die dazu führt, dass sie übertragen werden elektrische Ladungen ohne Widerspruch. Daher lässt sich nicht sagen, woraus Supraleiter bestehen, sondern aus welchen unterschiedlichen Materialien sie hergestellt werden. Es gibt also Supraleiter:
aus reinen chemischen Elementen, wie Quecksilber, die führen es ist das Kohlenstoff;
organisch, wie Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen;
Keramik;
aus verschiedenen Metall-Legierungen, wie Niob-Titan, Germanium-Niob.
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Technologische Anwendungen von Supraleitern
Supraleiter können in jeder Art von Stromkreis nützlich sein, um ihn besser zu machen effizient, obwohl wir bei Raumtemperatur keinen Leiter haben, sind derzeit die Hauptanwendungen diese sind:
Magnetschwebebahnen – Dieser Zugtyp nutzt den in Supraleitern vorhandenen Meissner-Effekt zum Schweben, entwickelt also eine hohe Geschwindigkeit und wird effizienter als der konventionelle Zug.
Kernmagnetische Resonanzgeräte – In diesen Geräten befinden sich Spulen aus Metalllegierungen, die beim Abkühlen supraleitend werden und in der Lage sind, Magnetfelder hoher Intensität zu erzeugen.
Stromproduktion – In Wasser-, Thermo-, Kern- oder sogar Windkraftanlagen besteht die Notwendigkeit, mechanische Energie umzuwandeln in der Elektrik wird daher ein Generator verwendet, dessen Spulen bei richtiger Verwendung aus supraleitenden Metalllegierungen bestehen Erkältungen.
Von Rafael Hellerbrock
Physik Lehrer
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HELERBROCK, Rafael. "Supraleiter"; Brasilien Schule. Verfügbar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Zugriff am 27. Juni 2021.
