Suprajohteet ovat materiaaleja, jotka voivat johtaa sähköä, tarjoamatta minkäänlaista vastus, heti kun ne saavuttavat a lämpötila erittäin matala, tunnetaan kriittisenä lämpötilana. Tee myös viivat magneettikenttä eivät pääse tunkeutumaan siihen, joten suprajohteita voidaan käyttää magneettisen levitaation edistämiseen.
Katso myös: Johtimet ja eristimet - ymmärrä kunkin erot ja ominaisuudet
Kuinka suprajohteet toimivat
Suprajohtavuuden ilmiö voidaan selittää vain kvanttifysiikka. Tälle ilmiölle on ominaista Meissner-vaikutus, mikä tekee magneettikentän viivoista kyvyttömän tunkeutumaan materiaaleihin suprajohteet, jos nämä materiaalit jäähdytetään niiden lämpötilaa alhaisempaan lämpötilaan kriittiset lämpötilat.
Sinä ensimmäiset suprajohteet syntyneet oli jäähdytettävä erittäin matalissa lämpötiloissa. Uusien materiaalien tutkimus on kuitenkin mahdollistanut niiden kehittämisen ja kyvyn osoittaa suprajohtavuutta korkeammissa lämpötiloissa. ÄskettäinTutkimukset ovat osoittaneet, että joistakin materiaaleista voi tulla suprajohtavia
lämpötilat hyvin lähellä ympäröivääkuitenkin, jotta tämä tapahtuisi, ne on alistettava paineetpaljonpitkä.
Mikä on suprajohtavuuden ja lämpötilan suhde? Vaikka vastaus ei ole niin yksinkertainen kuin kysymys, yritetään ymmärtää se: metallit yleensä ovat Hyväjohtimet sähkö, kuten kupari, hopea ja kulta. Tällainen kyky liittyy sinun mitta resistiivisyys, mikä on erittäinmatala.
Metallien matala resistiivisyys puolestaan liittyy suuriin määrä elektronit vapaa, kanssa epäpuhtauksien puuttuminen (tässä yhteydessä epäpuhtaudet ovat muiden johtimen sisällä olevien elementtien atomeja) ja niiden kanssa kristallirakenteen järjestys, eli tapa atomeja ne on sijoitettu toisiinsa nähden.
jos metallit eivät ole niin hyviä johtamaan sähkövirtaa., nojalla lisääntyäantaatärinä niiden atomien - näiden atomien värähtely aiheuttaa enemmän törmäyksiä elektronien kanssa sähkövirta, mikä vaikeuttaa ajamista. Jäähdytettynä metallit alkavat kuitenkin johtaa vielä helpommin kuin huoneen lämpötilassa, ja jos ekstrapoloimme tämän jäähdytyksen, saavutamme pisteen, jossa ei tapahdu vastustusta sähköä.
Hollantilainen fyysikko tutki metallien jäähdytykseen ja johtokyvyn kasvuun liittyvää päättelyä heikeKamerlinghonnes (1853-1926) jäähdyttämällä näyte melohopea lämpötilassa -269 ° C. Tuolloin Onnes tajusi, että resistiivisyys/ melohopea yhtäkkiätulityhjä kun se saavutti tuon lämpötilan.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Noin 20 vuotta myöhemmin, saksalaiset fyysikot KarlMeissner ja RobertOchsenfeld havaitsi, että suprajohteet häiritsivät niiden sisällä olevien magneettikenttäviivojen kulkua.
Kokeissaan he havaitsivat, että kun suprajohde altistetaan ulkoiselle magneettikentälle, sähkövirrat ovat muodostuu ulkopuolelle, jolloin magneettikenttä ilmestyy magneettikenttää vastustavan suprajohtimen pinnalle. ulkoinen. Tämän ilmiön kautta, jota tällä hetkellä kutsutaan Meissner-vaikutukseksi, on mahdollista saada junat levitoimaan, kuten Maglevin tapauksessa:
Suprajohteiden tyypit ja niiden materiaalit
Suprajohteet ovat luokkaa materiaaleja, joiden tilanmuutos saa ne siirtymään sähkövaraus ilman vastustusta. Sellaisena ei voida sanoa, mistä suprajohteet on tehty, vaan pikemminkin niiden valmistamiseen käytettyjä eri materiaaleja. Joten on suprajohteita:
valmistettu puhtaista kemiallisista alkuaineistakuten elohopea, johtaa se on hiili;
Luomukuten fullereenit, hiilinanoputket, grafeeni;
keraaminen;
valmistettu erilaisista metalliseoksetkuten niobium-titaani, germanium-niobium.
Katso myös: Sähköpiirit - miten ne toimivat, elementit, sähköliitännät jne.
Suprajohteiden tekniset sovellukset
Suprajohteet voivat olla hyödyllisiä kaikentyyppisissä sähköpiireissä sen lisäämiseksi tehokas, vaikka meillä ei ole johtinta huoneenlämmössä, on tällä hetkellä pääasiallinen käyttötarkoitus nämä ovat:
maglev-junat - Tämän tyyppinen juna käyttää suprajohtimissa olevaa Meissner-vaikutusta kelluakseen, joten se kehittää suurta nopeutta ja tulee tehokkaammaksi kuin tavanomainen juna.
Ydinmagneettiset resonanssilaitteet - Näiden laitteiden sisällä on metalliseoksista valmistettuja keloja, jotka jäähtyessään muuttuvat suprajohtaviksi ja kykenevät tuottamaan suuritehoisia magneettikenttiä.
Sähkön tuotanto - Vesi-, lämpösähkö-, ydinvoimaloissa tai jopa tuulivoimalaitoksissa on tarpeen muuttaa mekaanista energiaa Siksi sähkössä käytetään generaattoria, jonka kelat on tehty suprajohtavista metalliseoksista, kun ne ovat oikein vilustuminen.
Kirjailija: Rafael Hellerbrock
Fysiikan opettaja
Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:
HELERBROCK, Rafael. "Suprajohteet"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.
