Nadprzewodniki czy materiały mogą prowadzić do Elektryczność, nie oferując żadnego rodzaju odporność, gdy tylko osiągną temperatura bardzo niska, znana jako temperatura krytyczna. Zrób też linie pole magnetyczne nie jest w stanie go przeniknąć, więc nadprzewodniki mogą być używane do promowania lewitacji magnetycznej.
Zobacz też: Przewodniki i izolatory - poznaj różnice i cechy każdego z nich
Jak działają nadprzewodniki
Zjawisko nadprzewodnictwa może być wyjaśnione tylko przez Fizyka kwantowa. Zjawisko to charakteryzuje się efekt Meissnera, co sprawia, że linie pola magnetycznego nie są w stanie przeniknąć materiałów nadprzewodniki, jeśli materiały te są schładzane do temperatur niższych niż ich krytyczne temperatury.
ty pierwsze nadprzewodniki które się pojawiły, trzeba było je schłodzić w ekstremalnie niskie temperatury. Jednak badania nad nowymi materiałami pozwoliły na ich opracowanie i wykazanie nadprzewodnictwa w wyższych temperaturach. Niedawno, badania wykazały, że niektóre materiały mogą stać się nadprzewodnikami
temperatury bardzo zbliżone do otoczenia, jednak aby tak się stało, muszą być poddane naciskidużowysoki.
Jaki jest związek między nadprzewodnictwem a temperaturą? Chociaż odpowiedź nie jest tak prosta jak pytanie, spróbujmy ją zrozumieć: ogólnie metale są Dobrzeprzewodniki elektryczność, taka jak miedź, srebro i złoto. Taka umiejętność jest powiązana z twoim miara oporność, co jest niezwykleNiska.
Niska rezystywność metali jest z kolei związana z dużą ilość elektrony wolny, z brak zanieczyszczeń (w tym kontekście zanieczyszczeniami są atomy innych pierwiastków wewnątrz przewodnika) oraz porządek struktury krystalicznejczyli sposób w jaki atomy są ustawione względem siebie.
gdyby ogrzewane, metale nie są tak dobre w przewodzeniu prądu elektrycznego., na mocy zwiększaćdajewibracja ich atomów – oscylacja tych atomów powoduje więcej zderzeń z elektronami w prąd elektryczny, co utrudnia prowadzenie pojazdu. Jednak w lodówce metale zaczynają przewodzić jeszcze łatwiej niż w temperaturze pokojowej i jeśli ekstrapolujemy to ochłodzenie, dojdziemy do punktu, w którym nie będzie oporów przed przejściem Elektryczność.
Rozumowanie związane z chłodzeniem metali i wzrostem przewodnictwa zostało zbadane przez holenderskiego fizyka heikeKamerlinghonnes (1853-1926), przez schłodzenie próbki sample mirtęć w temperaturze -269°C. W tym czasie Onnes zdał sobie sprawę, że opornośćz mirtęć naglestał sięzero kiedy osiągnął tę temperaturę.
Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)
Około 20 lat później niemieccy fizycy KarlMeissner i RobertOchsenfeld odkryli, że nadprzewodniki przerywały w nich przechodzenie linii pola magnetycznego.
W swoich eksperymentach odkryli, że gdy nadprzewodnik jest wystawiony na działanie zewnętrznego pola magnetycznego, prądy elektryczne są utworzone na zewnątrz, powodując pojawienie się pola magnetycznego na powierzchni nadprzewodnika, który przeciwstawia się polu magnetycznemu. zewnętrzny. To właśnie dzięki temu zjawisku, zwanemu obecnie efektem Meissnera, możliwe jest lewitowanie pociągów, jak ma to miejsce w przypadku magleva:
Rodzaje nadprzewodników i ich materiały
Nadprzewodniki to klasa materiałów, które wykazują zmianę stanu, która powoduje ich przenoszenie ładunki elektryczne bez sprzeciwu. W związku z tym nie można powiedzieć, z czego wykonane są nadprzewodniki, ale raczej z różnych materiałów użytych do ich wykonania. Tak więc są nadprzewodniki:
wykonane z czystych pierwiastków chemicznych, jak rtęć, prowadzić to jest węgiel;
organiczny, takie jak fulereny, nanorurki węglowe, grafen;
ceramiczny;
wykonane z różnych Stopy metali, takich jak niob-tytan, german-niob.
Zobacz też: Obwody elektryczne – jak działają, elementy, połączenia elektryczne itp.
Zastosowania technologiczne nadprzewodników
Nadprzewodniki mogą być przydatne w każdym rodzaju obwodów elektrycznych, aby uczynić je bardziej wydajny, jednak o ile nie mamy przewodnika w temperaturze pokojowej, obecnie główne zastosowania to są:
pociągi maglev – Ten typ pociągu wykorzystuje do unoszenia się na wodzie efekt Meissnera obecny w nadprzewodnikach, dzięki czemu rozwija się z dużą prędkością i staje się bardziej wydajny niż pociąg konwencjonalny.
Urządzenia do magnetycznego rezonansu jądrowego – Wewnątrz tych urządzeń znajdują się cewki wykonane ze stopów metali, które po schłodzeniu stają się nadprzewodnikami, zdolnymi do wytwarzania pól magnetycznych o dużym natężeniu.
Produkcja energii elektrycznej – W elektrowniach wodnych, termoelektrycznych, jądrowych, a nawet wiatrowych istnieje potrzeba konwersji energii mechanicznej w elektryce stosuje się zatem generator, którego cewki są wykonane z nadprzewodzących stopów metali, gdy są prawidłowo przeziębienia.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki
Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:
HELERBROCK, Rafael. „Nadprzewodniki”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/os-supercondutores.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.
