supergeleiders zijn materialen die kunnen leiden tot elektriciteit, zonder enige vorm van weerstand, zodra ze een temperatuur- zeer laag, ook wel de kritische temperatuur genoemd. Maak ook de lijnen van magnetisch veld niet in staat om het te doordringen, dus supergeleiders kunnen worden gebruikt om magnetische levitatie te bevorderen.
Zie ook: Geleiders en isolatoren - begrijp de verschillen en kenmerken van elk
Hoe supergeleiders werken
Het fenomeen van supergeleiding kan alleen worden verklaard door: kwantumfysica. Dit fenomeen wordt gekenmerkt door de Meissner-effect, waardoor de magnetische veldlijnen de materialen niet kunnen doordringen supergeleiders, als deze materialen worden afgekoeld tot temperaturen lager dan hun kritische temperaturen.
U eerste supergeleiders die naar voren kwamen, moesten worden gekoeld in extreem lage temperaturen. Door onderzoek naar nieuwe materialen zijn ze echter ontwikkeld en in staat om supergeleiding te vertonen bij hogere temperaturen. Kort geleden, hebben studies aangetoond dat sommige materialen supergeleidend kunnen worden in
temperaturen zeer dicht bij omgevingstemperatuurom dit te laten gebeuren, moeten ze echter worden onderworpen aan: drukveelhoog.
Wat is de relatie tussen supergeleiding en temperatuur? Hoewel het antwoord niet zo eenvoudig is als de vraag, laten we proberen het te begrijpen: metalen in het algemeen wel Is goedgeleiders elektriciteit, zoals koper, zilver en goud. Een dergelijk vermogen is gerelateerd aan uw mate van weerstand, wat is extreemlaag.
De lage soortelijke weerstand van metalen houdt op zijn beurt verband met de grote hoeveelheid van elektronen vrij, met de afwezigheid van onzuiverheden (in deze context zijn onzuiverheden atomen van andere elementen in de geleider) en met de volgorde van kristalstructuur:, dat wil zeggen, de manier waarop de atomen ze zijn ten opzichte van elkaar gepositioneerd.
als verhit, zijn metalen niet zo goed in het geleiden van elektrische stroom., op grond van de toenamegeefttrillingen van hun atomen - de oscillatie van deze atomen veroorzaakt meer botsingen met de elektronen in de elektrische stroom, waardoor het moeilijk is om te rijden. Als ze echter worden gekoeld, beginnen metalen nog gemakkelijker te geleiden dan bij kamertemperatuur, en als we deze afkoeling extrapoleren, zullen we een punt bereiken waarop er geen weerstand zal zijn tegen de passage van elektriciteit.
De redenering met betrekking tot het afkoelen van metalen en de toename van de geleidbaarheid werd onderzocht door de Nederlandse natuurkundige heikeKamerlinghonnes (1853-1926), door een monster van mkwik bij een temperatuur van -269 °C. Op dat moment realiseerde Onnes zich dat de weerstandvan mplotseling kwikwerdnul toen het die temperatuur bereikte.
Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)
Ongeveer 20 jaar later, Duitse natuurkundigen KarlMeissner en RobertOchsenfeld ontdekte dat supergeleiders de doorgang van magnetische veldlijnen erin verstoorden.
In hun experimenten ontdekten ze dat wanneer een supergeleider wordt blootgesteld aan een extern magnetisch veld, elektrische stromen gevormd aan de buitenkant, waardoor een magnetisch veld verschijnt op het oppervlak van de supergeleider dat het magnetische veld tegenwerkt. extern. Door dit fenomeen, momenteel het Meissner-effect genoemd, is het mogelijk om treinen te laten zweven, zoals het geval is met maglev:
Soorten supergeleiders en hun materialen
Supergeleiders zijn een klasse van materialen die een toestandsverandering vertonen waardoor ze worden overgedragen elektrische ladingen zonder enige oppositie. Als zodanig is het niet mogelijk om te zeggen waaruit supergeleiders zijn gemaakt, maar eerder van de verschillende materialen die zijn gebruikt om ze te maken. Er zijn dus supergeleiders:
gemaakt van pure chemische elementen, zoals kwik, de lood het is de koolstof;
biologisch, zoals fullerenen, koolstofnanobuisjes, grafeen;
keramiek;
gemaakt van verschillende metaallegeringen, zoals niobium-titanium, germanium-niobium.
Zie ook: Elektrische circuits - hoe ze werken, elementen, elektrische verbindingen enz.
Technologische toepassingen van supergeleiders
Supergeleiders kunnen nuttig zijn in elk type elektrisch circuit, om het meer te maken efficiënt, hoewel we geen geleider hebben bij kamertemperatuur, momenteel de belangrijkste toepassingen dit zijn:
magneettreinen - Dit type trein gebruikt het Meissner-effect dat aanwezig is in supergeleiders om te zweven, dus het ontwikkelt een hoge snelheid en wordt efficiënter dan de conventionele trein.
Nucleaire magnetische resonantie-apparaten - In deze apparaten bevinden zich spoelen gemaakt van metaallegeringen die, wanneer ze worden afgekoeld, supergeleidend worden en in staat zijn om magnetische velden met hoge intensiteit te produceren.
Elektriciteit productie – In hydro-elektrische, thermo-elektrische, nucleaire of zelfs windenergiecentrales is het nodig om mechanische energie om te zetten in elektrische, daarom wordt een generator gebruikt, waarvan de spoelen zijn gemaakt van supergeleidende metaallegeringen wanneer goed verkoudheid.
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
Wil je naar deze tekst verwijzen in een school- of academisch werk? Kijken:
HELERBROCK, Rafael. "Supergeleiders"; Brazilië School. Beschikbaar in: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Betreden op 27 juni 2021.
