Szupravezetők olyan anyagok, amelyek képesek vezetni elektromosság, anélkül, hogy bármiféle ellenállás, amint elérik a hőfok nagyon alacsony, a kritikus hőmérséklet néven ismert. Ezenkívül készítse el a sorokat mágneses mező nem képes behatolni rajta, így szupravezetők használhatók a mágneses lebegés elősegítésére.
Lásd még: Vezetők és szigetelők - megértsék mindegyikük különbségeit és jellemzőit
Hogyan működnek a szupravezetők
A szupravezetés jelensége csak azzal magyarázható kvantumfizika. Ezt a jelenséget az jellemzi Meissner-effektus, ami miatt a mágneses mező vonalai nem képesek behatolni az anyagokba szupravezetők, ha ezeket az anyagokat alacsonyabb hőmérsékletre hűtik kritikus hőmérsékletek.
Ön első szupravezetők a felmerülteket be kellett hűteni rendkívül alacsony hőmérséklet. Az új anyagok kutatása azonban lehetővé tette, hogy fejlesszék őket, és magasabb hőmérsékleten képesek legyenek szupravezetni. Mostanában, tanulmányok kimutatták, hogy egyes anyagok szupravezetővé válhatnak a hőmérséklet nagyon közel van a környezeti hőmérséklethez
ennek érdekében azonban alá kell vetni őket nyomásoksokkalmagas.
Mi a kapcsolat a szupravezetés és a hőmérséklet között? Bár a válasz nem olyan egyszerű, mint a kérdés, próbáljuk megérteni: általában a fémek az Jóvezetők áram, például réz, ezüst és arany. Az ilyen képesség az Önéhez kapcsolódik mértéke ellenállás, mi a rendkívülalacsony.
A fémek alacsony ellenállása viszont a nagy mennyisége elektronok ingyenes, a... val szennyeződések hiánya (ebben az összefüggésben a szennyeződések a vezető más elemének atomjai) és a a kristályszerkezet rendje, vagyis ahogyan a atomok egymáshoz viszonyítva helyezkednek el.
ha fűtött, a fémek nem olyan jól vezetik az elektromos áramot.alapján növekedésadrezgés atomjaik - ezeknek az atomoknak a rezgése több ütközést okoz az elektronokkal a elektromos áram, ami megnehezíti a vezetést. Hűtve azonban a fémek még könnyebben vezetnek, mint szobahőmérsékleten, és ha ezt a hűtést extrapoláljuk, akkor eljutunk egy olyan ponthoz, ahol nem lesz ellenállás a folyosón elektromosság.
A fémek lehűlésével és a vezetőképesség növekedésével kapcsolatos okokat holland fizikus vizsgálta heikeKamerlinghonnes (1853-1926), mintát hűtve mhigany -269 ° C hőmérsékleten. Abban az időben Onnes rájött, hogy a ellenállásnak,-nek mhigany hirtelenlettnulla amikor elérte azt a hőmérsékletet.
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
Körülbelül 20 évvel később német fizikusok KarlMeissner és RobertOchsenfeld megállapította, hogy a szupravezetők megszakítják a bennük lévő mágneses mező vonalak áthaladását.
Kísérleteik során azt tapasztalták, hogy amikor a szupravezető külső mágneses mezőnek van kitéve, elektromos áramok vannak kívül képződik, miatti mágneses mező jelenik meg a szupravezető felületén, amely ellenáll a mágneses mezőnek. külső. Ezen a jelenségen keresztül, amelyet jelenleg Meissner-effektusnak hívnak, lehetővé válik a vonatok lebegtetése, ahogyan ez a maglev esetében történik:
A szupravezetők típusai és anyagai
A szupravezetők egy olyan osztály, amelyek olyan állapotváltozást mutatnak be, amely áthelyezi őket elektromos töltések minden ellenkezés nélkül. Mint ilyen, nem lehet megmondani, hogy miből készülnek a szupravezetők, sokkal inkább a gyártásukhoz használt különféle anyagokat. Tehát vannak szupravezetők:
tiszta kémiai elemekből, mint a higany, a vezet ez a szén;
organikus, például fullerének, szén nanocsövek, grafén;
kerámiai;
különbözőből készült fémötvözetek, például nióbium-titán, germánium-nióbium.
Lásd még: Elektromos áramkörök - működésük, elemek, elektromos csatlakozások stb.
A szupravezetők technológiai alkalmazásai
A szupravezetők bármilyen típusú elektromos áramkörben hasznosak lehetnek annak érdekében, hogy azok többé váljanak hatékony, bár szobahőmérsékleten nincs vezetőnk, jelenleg ez a fő felhasználási terület ezek:
maglev vonatok - Ez a vonattípus a szupravezetőkben jelenlévő Meissner-hatást használja az úszáshoz, így nagy sebességet fejleszt és hatékonyabb lesz, mint a hagyományos vonat.
Nukleáris mágneses rezonancia készülékek - Ezen eszközök belsejében vannak fémötvözetekből készült tekercsek, amelyek lehűlve szupravezetővé válnak, és képesek nagy intenzitású mágneses mezők létrehozására.
Villamosenergia-termelés - A vízerőművekben, a hőerőművekben, az atomerőművekben vagy akár a szélerőművekben szükség van a mechanikai energia átalakítására az elektromos áramban ezért egy generátort használnak, amelynek tekercsei megfelelő esetben szupravezető fémötvözetekből készülnek megfázás.
Rafael Hellerbrock
Fizikatanár
Hivatkozni szeretne erre a szövegre egy iskolai vagy tudományos munkában? Néz:
HELERBROCK, Rafael. "Szupravezetők"; Brazil iskola. Elérhető: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Hozzáférés: 2021. június 27.
