Superledere er materialer som kan føre til elektrisitet, uten å tilby noen form for motstand, så snart de når en temperatur veldig lav, kjent som den kritiske temperaturen. Lag også linjene til magnetfelt ikke i stand til å trenge gjennom den, så superledere kan brukes til å fremme magnetisk levitasjon.
Se også: Ledere og isolatorer - forstå forskjellene og egenskapene til hver
Hvordan superledere fungerer
Fenomenet superledningsevne kan bare forklares med kvantefysikk. Dette fenomenet er preget av Meissner-effekt, noe som gjør at magnetfeltlinjene ikke er i stand til å trenge gjennom materialene superledere, hvis disse materialene blir avkjølt til temperaturer lavere enn deres kritiske temperaturer.
Du første superledere som oppstod, måtte kjøles ned ekstremt lave temperaturer. Imidlertid har forskning på nye materialer gjort det mulig for dem å bli utviklet og i stand til å utvise superledningsevne ved høyere temperaturer. Nylig, studier har vist at noen materialer kan bli superledende i
temperaturer veldig nær omgivelsenefor at dette skal skje, må de imidlertid være underlagt trykkmyehøy.
Hva er forholdet mellom superledningsevne og temperatur? Selv om svaret ikke er så enkelt som spørsmålet, la oss prøve å forstå det: metaller generelt er det Godledere strøm, som kobber, sølv og gull. En slik evne er relatert til din mål på motstand, hva er ekstremtlav.
Den lave resistiviteten til metaller er i sin tur relatert til det store mengde elektroner gratis, med fravær av urenheter (i denne sammenheng er urenheter atomer for andre elementer inne i lederen) og med rekkefølge av krystallstruktur, det vil si måten atomer de er posisjonert i forhold til hverandre.
hvis oppvarmet, metaller er ikke så gode til å lede elektrisk strøm., i kraft av økegirvibrasjon av deres atomer — svingningen av disse atomene forårsaker flere kollisjoner med elektronene i elektrisk strøm, noe som gjør det vanskelig å kjøre. Imidlertid, hvis nedkjølt, metaller ledes enda lettere enn ved romtemperatur, og hvis vi ekstrapolerer denne avkjølingen, vil vi nå et punkt der det ikke vil være noen motstand mot passering av elektrisitet.
Begrunnelsen knyttet til avkjøling av metaller og økningen i ledningsevne ble undersøkt av den nederlandske fysikeren heikeKamerlinghonnes (1853-1926), ved å avkjøle en prøve på mkvikksølv ved en temperatur på -269 ° C. På den tiden innså Onnes at motstandav mkvikksølv plutseligble tilnull da den nådde den temperaturen.
Ikke stopp nå... Det er mer etter annonseringen;)
Omtrent 20 år senere, tyske fysikere KarlMeissner og RobertOchsenfeld fant ut at superledere avbrøt passering av magnetfeltlinjer i dem.
I eksperimentene deres fant de ut at når en superleder utsettes for et eksternt magnetfelt, er det elektriske strømmer dannet på utsiden, noe som får et magnetfelt til å dukke opp på overflaten til superlederen som motsetter magnetfeltet. utvendig. Det er gjennom dette fenomenet, for tiden kalt Meissner-effekten, at det er mulig å få tog til å sveve, slik det er tilfelle med maglev:
Typer superledere og deres materialer
Superledere er en klasse materialer som viser en endring av tilstanden som får dem til å overføres elektriske ladninger uten motstand. Som sådan er det ikke mulig å si hva superledere er laget av, men heller de forskjellige materialene som brukes til å lage dem. Så det er superledere:
laget av rene kjemiske elementer, som kvikksølv, lede det er karbon;
organisk, slik som fullerener, karbon nanorør, grafen;
keramikk;
laget av forskjellige metalllegeringer, slik som niob-titan, germanium-niob.
Se også: Elektriske kretser - hvordan de fungerer, elementer, elektriske tilkoblinger etc.
Teknologiske anvendelser av superledere
Superledere kan være nyttige i alle typer elektriske kretser, for å gjøre det mer effektiv, men mens vi ikke har en leder ved romtemperatur, er det for tiden de viktigste bruksområdene disse er:
maglev tog - Denne typen tog bruker Meissner-effekten som er tilstede i superledere for å flyte, så den utvikler høy hastighet og blir mer effektiv enn det konvensjonelle toget.
Kjernemagnetisk resonansutstyr - Inne i disse enhetene er det spoler laget av metalliske legeringer som, når de blir avkjølt, blir superledende og kan produsere magnetiske felt med høy intensitet.
Elektrisitetsproduksjon - I vannkraftverk, termoelektriske, atomkraftverk eller til og med vindkraftverk er det behov for å konvertere mekanisk energi i elektrisk brukes derfor en generator, hvis spoler er laget av superledende metalllegeringer når de er ordentlig forkjølelse.
Av Rafael Hellerbrock
Fysikklærer
Vil du referere til denne teksten i et skole- eller akademisk arbeid? Se:
HELERBROCK, Rafael. "Superledere"; Brasilskolen. Tilgjengelig i: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Tilgang 27. juni 2021.
