Υπεραγωγοί είναι υλικά ικανά να οδηγήσουν σε ηλεκτρική ενέργεια, χωρίς να προσφέρει κανένα είδος αντίσταση, μόλις φτάσουν σε ένα θερμοκρασία πολύ χαμηλή, γνωστή ως η κρίσιμη θερμοκρασία. Επίσης, κάντε τις γραμμές του μαγνητικό πεδίο δεν είναι σε θέση να το διεισδύσει, έτσι οι υπεραγωγοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προώθηση της μαγνητικής ανύψωσης
Δείτε επίσης: Αγωγοί και μονωτές - κατανοήστε τις διαφορές και τα χαρακτηριστικά του καθενός
Πώς λειτουργούν οι υπεραγωγοί
Το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας μπορεί να εξηγηθεί μόνο από κβαντική φυσική. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζεται από το Εφέ Meissner, που κάνει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου να μην μπορούν να διεισδύσουν στα υλικά υπεραγωγούς, εάν αυτά τα υλικά ψύχονται σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από αυτές κρίσιμες θερμοκρασίες.
Εσείς πρώτοι υπεραγωγοί που προέκυψε πρέπει να ψυχθεί εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, η έρευνα για νέα υλικά τους επέτρεψε να αναπτυχθούν και να επιδείξουν υπεραγωγιμότητα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Πρόσφατα
, μελέτες έχουν δείξει ότι ορισμένα υλικά μπορούν να γίνουν υπεραγωγικά θερμοκρασίες πολύ κοντά στο περιβάλλον, ωστόσο, για να συμβεί αυτό, πρέπει να υποστούν πιέσειςπολύψηλός.
Ποια είναι η σχέση μεταξύ υπεραγωγιμότητας και θερμοκρασίας; Αν και η απάντηση δεν είναι τόσο απλή όσο η ερώτηση, ας προσπαθήσουμε να την καταλάβουμε: τα μέταλλα γενικά είναι Καλόςαγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας, όπως χαλκός, ασήμι και χρυσός. Αυτή η ικανότητα σχετίζεται με το δικό σας μέτρο του αντίσταση, τι είναι επακρώςχαμηλός.
Η χαμηλή αντίσταση των μετάλλων, με τη σειρά της, σχετίζεται με το μεγάλο ποσότητα ηλεκτρόνια Ελεύθερος, με την απουσία ακαθαρσιών (σε αυτό το πλαίσιο, οι ακαθαρσίες είναι άτομα άλλων στοιχείων μέσα στον αγωγό) και με το σειρά κρυσταλλικής δομής, δηλαδή, με τον τρόπο άτομα τοποθετούνται σε σχέση μεταξύ τους.
αν θερμαίνεται, τα μέταλλα δεν είναι τόσο καλά στην αγωγή ηλεκτρικού ρεύματος., δυνάμει του αυξάνουνδίνειδόνηση των ατόμων τους - η ταλάντωση αυτών των ατόμων προκαλεί περισσότερες συγκρούσεις με τα ηλεκτρόνια στο ηλεκτρικό ρεύμα, καθιστώντας δύσκολη την οδήγηση. Ωστόσο, εάν ψύχονται, τα μέταλλα μεταφέρονται ακόμη πιο εύκολα από ό, τι σε θερμοκρασία δωματίου και, εάν παρεκτείνουμε αυτήν την ψύξη, θα φτάσουμε σε ένα σημείο όπου δεν θα υπάρχει αντίσταση στο πέρασμα του ηλεκτρική ενέργεια.
Ο συλλογισμός αφορούσε την ψύξη των μετάλλων και την αύξηση της αγωγιμότητας διερευνήθηκε από τον Ολλανδό φυσικό αλήθειαΚάμερλινγκΟνς (1853-1926), με ψύξη δείγματος ΜΕρμής σε θερμοκρασία -269 ° C. Εκείνη την εποχή, ο Onnes συνειδητοποίησε ότι το αντίστασητου Μυδράργυρος ξαφνικάέγινεμηδενικό όταν έφτασε σε αυτήν τη θερμοκρασία.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
Περίπου 20 χρόνια αργότερα, οι Γερμανοί φυσικοί ΚαρλΜέισνερ και ΡοβέρτοςΌχσενφελντ διαπίστωσαν ότι οι υπεραγωγοί διέκοψαν τη διέλευση των γραμμών μαγνητικού πεδίου μέσα τους.
Στα πειράματά τους, διαπίστωσαν ότι όταν ένας υπεραγωγός εκτίθεται σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, τα ηλεκτρικά ρεύματα είναι σχηματίζεται στο εξωτερικό, προκαλώντας ένα μαγνητικό πεδίο να εμφανίζεται στην επιφάνεια του υπεραγωγού που αντιτίθεται στο μαγνητικό πεδίο. εξωτερικός. Μέσω αυτού του φαινομένου, που ονομάζεται επί του παρόντος το φαινόμενο Meissner, είναι δυνατόν να κάνουν τα τρένα να αιωρούνται, όπως συμβαίνει με το maglev:
Τύποι υπεραγωγών και τα υλικά τους
Οι υπεραγωγοί είναι μια κατηγορία υλικών που εμφανίζουν μια αλλαγή κατάστασης που τους προκαλεί μεταφορά ηλεκτρικά φορτία χωρίς καμία αντίθεση. Ως εκ τούτου, δεν είναι δυνατόν να πούμε από τι κατασκευάζονται υπεραγωγοί, αλλά μάλλον τα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους. Υπάρχουν λοιπόν υπεραγωγοί:
κατασκευασμένο από καθαρά χημικά στοιχεία, όπως ο υδράργυρος, το οδηγω είναι το άνθρακας;
οργανικός, όπως φουλλερένια, νανοσωλήνες άνθρακα, γραφένιο.
κεραμικός;
φτιαγμένο από διαφορετικά μεταλλικά κράματα, όπως νιόβιο-τιτάνιο, γερμάνιο-νιόβιο.
Δείτε επίσης: Ηλεκτρικά κυκλώματα - τρόπος λειτουργίας, στοιχεία, ηλεκτρικές συνδέσεις κ.λπ.
Τεχνολογικές Εφαρμογές Υπεραγωγών
Οι υπεραγωγοί μπορούν να είναι χρήσιμοι σε κάθε τύπο ηλεκτρικού κυκλώματος, προκειμένου να το κάνουν περισσότερο αποτελεσματική, ωστόσο, ενώ δεν έχουμε αγωγό σε θερμοκρασία δωματίου, αυτή τη στιγμή οι κύριες χρήσεις αυτά είναι:
τρένα maglev - Αυτός ο τύπος αμαξοστοιχίας χρησιμοποιεί το εφέ Meissner που υπάρχει στους υπεραγωγούς για να επιπλέει, οπότε αναπτύσσει υψηλή ταχύτητα και γίνεται πιο αποτελεσματικό από το συμβατικό τρένο.
Συσκευές πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού - Μέσα σε αυτές τις συσκευές, υπάρχουν πηνία από μεταλλικά κράματα που, όταν ψύχονται, γίνονται υπεραγωγικά, ικανά να παράγουν μαγνητικά πεδία υψηλής έντασης.
Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας - Σε υδροηλεκτρικούς, θερμοηλεκτρικούς, πυρηνικούς ή ακόμη και αιολικούς σταθμούς, υπάρχει ανάγκη μετατροπής μηχανικής ενέργειας Στα ηλεκτρικά, επομένως, χρησιμοποιείται μια γεννήτρια, της οποίας τα πηνία είναι κατασκευασμένα από υπεραγώγιμα μεταλλικά κράματα όταν είναι σωστά κρυολογήματα.
Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής
Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:
HELERBROCK, Ραφαέλ. "Υπεραγωγοί"; Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Πρόσβαση στις 27 Ιουνίου 2021.
