Što je superprovodnik: vrste, materijali i svojstva

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Postoje dvije vrste materijala poput metala, kao i izolatori. Metali omogućuju protok elektrona i sa sobom nose električni naboj poput srebra, bakra itd., Dok izolatori drže elektrone i oni neće dopustiti protok elektrona poput drveta, gume itd. U 20. stoljeću nove su laboratorijske metode razvile fizičari za hlađenje materijala na nultu temperaturu. Počeo je istraživati ​​neke elemente kako bi znao kako struja će se mijenjati u takvim uvjetima kao što su olovo i živa, jer provode električnu energiju pod određenom temperaturom bez otpora. Otkrili su isto ponašanje u nekoliko spojeva poput od keramike do ugljikovih nanocijevi. Ovaj članak razmatra pregled supervodiča.

Što je superprovodnik?

Definicija: Materijal koji može provoditi električnu energiju bez otpora poznat je kao supravodič. U većini slučajeva, u nekim materijalima poput spojeva, inače metalni elementi pružaju određenu otpornost na sobnoj temperaturi, iako nude nisku otpornost na temperatura naziva se njegova kritična temperatura.




Superprovodnik

superprovodnik

Strujanje elektrona od atoma do atoma često se vrši korištenjem određenih materijala nakon postizanja kritične temperature, stoga se taj materijal može nazvati supravodljivim materijalom. Oni su zaposleni u brojnim područjima poput magnetske rezonancije i medicinske znanosti. Većina materijala dostupnih na tržištu nisu supravodljivi. Dakle, oni moraju biti u vrlo niskoenergetskom stanju da bi se pretvorili u supravodljive. Trenutna istraživanja usredotočena su na razvoj spojeva koji bi se pri visokim temperaturama razvili u supravodljivi.



Vrste supervodiča

Superprovodnici su klasificirani u dvije vrste, naime tip I i ​​tip II.

Vrste supervodiča

tipovi supravodiča

Superprovodnik tipa I

Ova vrsta supravodiča uključuje osnovne vodljive dijelove koji se koriste u različitim poljima, od električnih kabela do mikročipova na računalu. Ove vrste supravodiča vrlo jednostavno gube svoju supravodljivost kad se stave u magnetsko polje u kritičnom magnetskom polju (Hc). Nakon toga postat će poput dirigenta. Ove vrste poluvodiči nazivaju se i mekanim supravodičima zbog razloga gubitka supravodljivosti. Ti se supravodnici u potpunosti pokoravaju Meissnerovom efektu. The primjeri superprovodnika su cink i aluminij.

Super-provodnik tipa II

Ova vrsta supervodiča polako će izgubiti supravodljivost, ali ne jednostavno onako kako je postavljena unutar vanjskog magnetskog polja. Kada promatramo grafički prikaz između magnetizacije i magnetskog polja, kada se poluvodič drugog tipa smjesti unutar magnetskog polja, tada će polako gubiti svoju supravodljivost.


Ova vrsta poluvodiča počet će gubiti svoju supravodljivost na manje značajnom magnetskom polju i potpuno ispuštati svoju supravodljivost na višem kritičnom magnetskom polju. Stanje između manjeg kritičnog magnetskog polja i višeg kritičnog magnetskog polja naziva se međustanjem, inače vrtložnim stanjem.

Ova vrsta poluvodiča naziva se i tvrdim supravodičima zbog toga što polako, ali ne jednostavno, gube svoju supravodljivost. Ti će se poluvodiči pokoriti Meissnerovom učinku, ali ne u potpunosti. Najbolji primjeri za to su NbN i Babi3. Ti su superprovodnici primjenjivi za superpovodne magnete jakog polja.

Superprovodljivi materijali

Znamo da postoji mnogo dostupnih materijala u kojima će neki od njih biti superprovodni. Ne računajući živu, izvorni supravodiči su metali, poluvodiči itd. Svaki različiti materijal pretvorit će se u supravodnik na malo različitoj temperaturi

Glavni problem korištenja većine ovih materijala je taj što će se supervoditi u nekoliko stupnjeva potpune nule. To znači da svaku korist koju postignete zbog nedostatka otpora gotovo sigurno gubite ako ih uključite u hlađenje unutar primarnog mjesta.

Elektrana koja u vaš dom dovodi električnu energiju prema dolje od supravodljivih žica sjajno će zvučati. Tako će sačuvati ogromne količine iscrpljene energije. Međutim, ako želite rashladiti ogromne dijelove i sve prijenosne žice unutar postrojenja do nule, vjerojatno ćete izgubiti više energije.

Svojstva supravodiča

Superprovodljivi materijali pokazuju neka nevjerojatna svojstva koja su bitna za trenutnu tehnologiju. Istraživanje ovih svojstava još uvijek nastavlja prepoznavati i koristiti ta svojstva u raznim poljima koja su navedena u nastavku.

  • Beskonačna vodljivost / nulti električni otpor
  • Meissnerov efekt
  • Prijelazna temperatura / kritična temperatura
  • Josephson Currents
  • Kritična struja
  • Perzistentne struje

Beskonačna vodljivost / nulti električni otpor

U superprovodnom stanju, supravodljivi materijal ilustrira nulti električni otpor. Kad se materijal ohladi na temperaturi prijelaza, tada će se njegov otpor naglo smanjiti na nulu. Na primjer, Merkur pokazuje nulti otpor ispod 4k.

Meissnerov efekt

Kada se superprovodnik hladi pod kritičnom temperaturom, tada ne dopušta da magnetsko polje prolazi kroz njega. Ova pojava u supravodičima poznata je kao Meissnerov efekt.

Prijelazna temperatura

Ta je temperatura poznata i kao kritična temperatura. Kada kritična temperatura supravodljivog materijala mijenja provodno stanje iz normalnog u supravodljivi.

Josephson Current

Ako se dva supravodiča podijele uz pomoć tankog filma u izolacijskom materijalu, tada nastaje spoj niskog otpora nađenih elektrona s bakrenim parom. Može tunelirati s jedne površine spoja na drugu površinu. Dakle, struja zbog protoka bakrenih parova poznata je kao Josephsonova struja.

Kritična struja

Kad se struja koja se napaja kroz a vozač pod uvjetom supravodljivosti, tada se može razviti magnetsko polje. Ako se protok struje poveća iznad određene brzine, magnetsko polje može se pojačati, što je ekvivalent kritičnoj vrijednosti vodiča pri kojem se to vraća u svoje uobičajeno stanje. Protok trenutne vrijednosti poznat je kao kritična struja.

Perzistentne struje

Ako je prsten supravodiča smješten u magnetskom polju iznad njegove kritične temperature, u ovom trenutku superprovodnički prsten se hladi pod njegovom kritičnom temperaturom. Ako eliminiramo ovo polje, tada se protok struje može inducirati unutar prstena zbog njegove samoinduktivnosti. Iz Lenzovog zakona, inducirana struja suprotstavlja se promjeni unutar protoka koji teče kroz prsten. Kada se prsten postavi u supravodljivo stanje, tada će se potaknuti protok struje da nastavi tok, a naziva se trajna struja. Ova struja generira magnetski tok da bi protok tekao kroz konstantni prsten.

Razlika između poluvodiča i supervodiča

Razlika između poluvodiča i supravodiča govori se u nastavku.

Poluvodič

Superprovodnik

Otpornost poluvodiča je konačnaOtpornost supervodiča je nula električnog otpora
U tome odbijanje elektrona dovodi do konačnog otpora.Pri tome privlačenje elektrona dovodi do gubitka otpornosti
Superprovodnici ne pokazuju savršen dijamagnetizamSuperprovodnici pokazuju savršen dijamagnetizam
Energetski razmak supravodnika reda je nekoliko eV.

Energetski razmak supravodiča je reda veličine 10 ^ -4 eV.
Kvantizacija protoka u supravodičima je 2e jedinica.Jedinica supravodiča je e.

Primjene super dirigenta

Primjene supravodiča uključuju sljedeće.

  • Koriste se u generatorima, akceleratorima čestica, transportu, elektromotori , računarstvo, medicina, prijenos snage itd.
  • Superprovodnici koji se uglavnom koriste za stvaranje moćnih elektromagneta u MRI skenerima. Dakle, ovi se koriste za dijeljenje. Također se mogu koristiti za razdvajanje magnetskih i nemagnetskih materijala
  • Ovaj vodič služi za prijenos snage na velike udaljenosti
  • Koristi se u memoriji ili elementima za pohranu.

Najčešća pitanja

1). Zašto superprovodnici moraju biti hladni?

Izmjena energije učinit će materijal vrućim. Dakle, hlađenjem poluvodiča potrebna je manja količina energije da bi se otprilike kucali elektroni.

2). Je li zlato superprovodnik?

Najbolji vodiči na sobnoj temperaturi su zlato, bakar i srebro koji se uopće ne pretvaraju u superprovodnike.

3). Je li moguć supravodič sobne temperature?

Superprovodnik na sobnoj temperaturi je sposoban pokazati supravodljivost na temperaturama oko 77 stupnjeva Fahrenheita

4). Zašto u supravodnicima nema otpora?

U supervodiču, električni otpor neočekivano padne na nulu zbog vibracija i nedostaci atoma moraju uzrokovati otpor unutar materijala dok elektroni putuju kroz njega

5). Zašto je supervodič savršen Diamagnet?

Kada se supravodljivi materijal drži unutar magnetskog polja, on istiskuje magnetski tok iz svog tijela. Kad se ohladi pod kritičnom temperaturom, pokazuje idealan dijamagnetizam.

Dakle, ovdje se radi o pregledu supervodiča. Superprovodnik može provoditi električnu energiju, inače prenoseći elektrone s jednog atoma na drugi bez otpora. Evo pitanja za vas, koji su primjeri supravodiča?
.