Supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire à électricité, sans offrir aucune sorte de la résistance, dès qu'ils atteignent un Température très basse, appelée température critique. Faites également les lignes de champ magnétique incapable de le pénétrer, les supraconducteurs peuvent donc être utilisés pour favoriser la lévitation magnétique.
Voir aussi: Conducteurs et isolants - comprendre les différences et les caractéristiques de chacun
Comment fonctionnent les supraconducteurs
Le phénomène de supraconductivité ne peut s'expliquer que par la physique quantique. Ce phénomène est caractérisé par la Effet Meissner, ce qui rend les lignes de champ magnétique incapables de pénétrer les matériaux supraconducteurs, si ces matériaux sont refroidis à des températures inférieures à leur températures critiques.
Toi premiers supraconducteurs qui a émergé devait être réfrigéré dans températures extrêmement basses. Cependant, la recherche de nouveaux matériaux a permis de les développer et de présenter une supraconductivité à des températures plus élevées.
Récemment, des études ont montré que certains matériaux peuvent devenir supraconducteurs dans températures très proches de l'ambiante, cependant, pour que cela se produise, ils doivent être soumis à pressionsbeaucoupgrand.
Quelle est la relation entre la supraconductivité et la température? Bien que la réponse ne soit pas aussi simple que la question, essayons de la comprendre: les métaux en général sont Bienconducteurs l'électricité, comme le cuivre, l'argent et l'or. Une telle capacité est liée à votre mesure de résistivité, Qu'est-ce que extrêmementfaible.
La faible résistivité des métaux, à son tour, est liée à la grande quantité de électrons libre, avec le absence d'impuretés (dans ce contexte, les impuretés sont des atomes d'autres éléments à l'intérieur du conducteur) et avec le ordre de la structure cristalline, c'est-à-dire la façon dont le atomes ils sont positionnés les uns par rapport aux autres.
si chauffés, les métaux ne sont pas très bons pour conduire le courant électrique., en vertu de la augmenterdonnevibration de leurs atomes-l'oscillation de ces atomes provoque plus de collisions avec les électrons dans le courant électrique, ce qui rend la conduite difficile. Cependant, s'ils sont réfrigérés, les métaux commencent à conduire encore plus facilement qu'à température ambiante, et, si nous extrapolons ce refroidissement, nous atteindrons un point où il n'y aura plus de résistance au passage de électricité.
Le raisonnement lié au refroidissement des métaux et à l'augmentation de la conductivité a été étudié par le physicien néerlandais heikeKamerlinghons (1853-1926), en refroidissant un échantillon de mMercure à une température de -269 °C. À l'époque, Onnes s'est rendu compte que le résistivitéde mmercure d'un coupest devenunul quand il a atteint cette température.
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Environ 20 ans plus tard, les physiciens allemands KarlMeissner et RobertOchsenfeld ont découvert que les supraconducteurs perturbaient le passage des lignes de champ magnétique en leur sein.
Dans leurs expériences, ils ont découvert que lorsqu'un supraconducteur est exposé à un champ magnétique externe, les courants électriques sont formé à l'extérieur, provoquant l'apparition d'un champ magnétique à la surface du supraconducteur qui s'oppose au champ magnétique. externe. C'est grâce à ce phénomène, appelé actuellement effet Meissner, qu'il est possible de faire léviter des trains, comme c'est le cas avec le maglev :
Types de supraconducteurs et leurs matériaux
Les supraconducteurs sont une classe de matériaux qui présentent un changement d'état qui les amène à transférer charges électriques sans aucune opposition. En tant que tel, il n'est pas possible de dire de quoi sont faits les supraconducteurs, mais plutôt les différents matériaux utilisés pour les fabriquer. Il existe donc des supraconducteurs :
fait d'éléments chimiques purs, comme le mercure, le conduire C'est le carbone;
biologique, tels que les fullerènes, les nanotubes de carbone, le graphène ;
céramique;
fait de différents les alliages de métaux, tels que niobium-titane, germanium-niobium.
Voir aussi: Circuits électriques – comment ils fonctionnent, éléments, connexions électriques, etc.
Applications technologiques des supraconducteurs
Les supraconducteurs peuvent être utiles dans tout type de circuit électrique, afin de le rendre plus efficace, cependant, alors que nous n'avons pas de conducteur à température ambiante, actuellement les principales utilisations ceux-ci sont:
trains maglev – Ce type de train utilise l'effet Meissner présent dans les supraconducteurs pour flotter, il développe donc une grande vitesse et devient plus efficace que le train classique.
Appareils de résonance magnétique nucléaire – À l'intérieur de ces dispositifs, se trouvent des bobines en alliages métalliques qui, une fois refroidies, deviennent supraconductrices, capables de produire des champs magnétiques de haute intensité.
Production d'électricité – Dans les centrales hydroélectriques, thermoélectriques, nucléaires ou encore éoliennes, il existe un besoin de convertir l’énergie mécanique en électricité, par conséquent, un générateur est utilisé, dont les bobines sont constituées d'alliages métalliques supraconducteurs lorsqu'elles sont correctement rhumes.
Par Rafael Hellerbrock
Professeur de physique
Souhaitez-vous référencer ce texte dans un travail scolaire ou académique? Voir:
HELERBROCK, Rafael. « Supraconducteurs »; École du Brésil. Disponible en: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Consulté le 27 juin 2021.
