Свръхпроводимост и свръхпроводими материали
Това е бъдещето! Колко е далечно, обаче, може само да се гадае.
Свръхпроводимостта е такова състояние на веществото, при което електрическият ток преминава през него без загуби, т.е. отсъства електрическо съпротивление. Може да се твърди, че дори най-съвременните апаратури с чувствителност до 10-24?.cm (ом на сантиметър) не могат да отчетат електрическо съпротивление в свръхпроводящо състояние. За сравнение може да се посочи, че специфичното съпротивление на един от най-добрите проводници – свръхчистата мед, при температура 4.2 К е от порядъка на 10-9?.cm.
Свръхпроводимостта е открита през 1911г. в Холадния, в лабораторията по свръхниски температури на Лайденския университет от Камерлиг-Онес (носител на Нобелова награда за втечняването на хелий). Изследвайки зависимостта на електрическото съпротивление на металите от температурата, той открива, че при температура около 4К съпротивлението на живака внезапно изчезва и не може да бъде измерено. Важно е да се отбележи, че съпротивлението не изчезва постепенно, а скокообразно – нещо нетипично за металите. Почти веднага след това се установява, че свръхпроводимост имат и редица други метали – олово, калай, индий, алуминий, ниобий и др. По-късно тя е открита и в много сплави и интерметални съединения, а през 1986 и в един нов клас материали – оксид и свръхпроводници.
Интересен експеримент, доказващ отсъствието на електрическо съпротивление, е циркулирането на незатихващ ток по затворен проводник, изключен от захранването. Схемата на първият такъв експеримент била проста – през малък соленоид, потопен в течен хелий е пуснат електричен ток, като магнитното поле, породено от соленоида, се измерва извън съда. При изключването му от захранването, соленоида продължава да генерира електромагнитно поле неограничено дълго време. Това доказва, че електрическият ток се движи по проводниците без загуби. В някои лаборатории експериментът е провеждан повече от година, като промени в магнитното поле не са били регистрирани.
Освен от температурата, свръхпроводимостта се разрушава от висока плътност на тока, както и от високи стойности на външното магнитно поле. Това означава, че дори при температури, близки до абсолютната 0, ако по проводника се пусне ток с плътност, по-голяма от определена стойност, или ако се приложи външно магнитно поле със сила, по-голяма от определена стойност, образецът ще премина от свръхпроводящо в нормално състояние.
През 1933-та година немските физици Майнснер и Оксенфелд откриват ново, принципно важно свойство на свръхпроводниците – изтласкването на магнитното поле от обема на свръхпроводника. Ако се разположи плътен образец, например кълбо, от свръхпроводящ материал, при температура, близка до абсолютната температурна 0, магнитните силови линии се изтласкват от вътрешността и се сгъстяват около повърхността на образеца. Изследванията показват, че в такива случаи магнитното поле прониква само на малка дълбочина (Лондонова дълбочина на проникване) и индуцира свръхпроводящ повърхностен ток, който създава магнитно поле, противоположно на външното.
Поредното голямо откритие в тази област, удостоено с Нобелова награда, са ефектите на Джозефсон в “слабосвързаните проводници”. Опитът представлява два свръхпроводими участъка, съединени със слаба връзка – несвръхпроводим материал, през който могат да тунелират свръхпроводящите носители на заряда. Интерференцията на вълновите функции води до протичане на постоянен ток, без спад на напрежението дори върху резистивния участък. Това откритие се изпълзва в свръхчувствителни измервателни прибори, някои от които поставят стандарт на единицата за електрическо напрежение – волта.
Откриването на свръхпроводимост , която е възможна при по-високи температури е приоритет за много съвременни учени в днешно време. Фирмата IBM дори лансира изследователска лаборатория, работеща върху този феномен. През есента на 1986г. учените Беднорц и Мюлер публикуват първото съобщение за открити свръхпроводникови свойства на системата Ba-La-Cu-O. Тяхната работа предизвиква рядкосрещана изследователска активност в лаборатории по цял свят и за кратко време критичната температура на свръхпроводимост достига 120-125 К в различни съединения от рода на сложните метални оксиди. Отбелязваме, че много съединения са били открити далеч по-рано, но едва с научните трудове на Беднорц и Мюлер лабораториите достигат до високотемпературната свръхпроводимост. Двамата учени са удостоени с Нобелова награда.
По последни данни най-високата температура, при която съществува свръхпроводимост е 134К, като веществото е HgBa2Ca2Cu3O8.
Още нещо, което може да Ви е интересно:
Tags: Eлектроника, мме, свръхпроводимост, ТУ София
Monday, January 17th, 2011 at 1:30 PM • Eлектроника, ММЕ • RSS 2.0 feed • leave a response or trackback