Čo je to supravodič: typy, materiály a vlastnosti

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Existujú dva typy materiálov, ako sú kovy a izolátory. Kovy umožňujú tok elektrónov a nesú so sebou elektrický náboj ako striebro, meď atď., Zatiaľ čo izolátory zadržiavajú elektróny a nedovolia tok elektrónov ako drevo, guma atď. V 20. storočí vyvinuli nové laboratórne metódy fyzici ochladzujú materiály na nulovú teplotu. Začal vyšetrovať niektoré prvky, aby vedel, ako elektrina sa zmení za takých podmienok, ako je olovo a ortuť, pretože vedú elektrinu pri určitej teplote bez odporu. Objavili rovnaké správanie v niekoľkých zlúčeninách, napríklad od keramiky po uhlíkové nanorúrky. Tento článok pojednáva o prehľade supravodiča.

Čo je to supravodič?

Definícia: Materiál, ktorý dokáže viesť elektrinu bez odporu, sa nazýva supravodič. Vo väčšine prípadov, v niektorých materiáloch, ako sú zlúčeniny, poskytujú kovové prvky určitý odpor pri izbovej teplote, hoci pri nízkej teplota sa nazýva jeho kritická teplota.




Supravodič

supravodič

Tok elektrónov z atómu na atóm sa často vykonáva pri použití určitých materiálov, akonáhle sa dosiahne kritická teplota, preto sa materiál dá nazvať supravodivý materiál. Používajú sa v mnohých oblastiach, ako je magnetická rezonancia a lekárska veda. Väčšina materiálov dostupných na trhu nie je supravodivá. Musia byť teda vo veľmi nízkoenergetickom stave, aby sa zmenili na supravodivé. Súčasný výskum sa zameriava na vývoj zlúčenín, ktoré sa pri vysokých teplotách stanú supravodivými.



Typy supravodičov

Supravodiče sa delia na dva typy, a to typ I a typ II.

Druhy supravodičov

typy supravodičov

Supravodič typu I

Tento druh supravodiča obsahuje základné vodivé časti, ktoré sa využívajú v rôznych oblastiach od elektrickej kabeláže po mikročipy v počítači. Tieto typy supravodičov strácajú svoju supravodivosť veľmi jednoducho, keď sú umiestnené v magnetickom poli v kritickom magnetickom poli (Hc). Potom to bude ako dirigent. Tieto typy polovodiče sú tiež pomenované ako mäkké supravodiče z dôvodu straty supravodivosti. Tieto supravodiče úplne vyhovujú Meissnerovmu javu. The príklady supravodičov sú zinok a hliník.

Supravodič typu II

Tento druh supravodiča stratí svoju supravodivosť pomaly, ale nie jednoducho, pretože je usporiadaný vo vonkajšom magnetickom poli. Keď sledujeme grafické znázornenie medzi magnetizáciou vs. magnetickým poľom, keď je polovodič druhého typu umiestnený v magnetickom poli, potom pomaly stratí svoju supravodivosť.


Tento druh polovodičov začne strácať svoju supravodivosť na menej významnom magnetickom poli a totálne klesá svoju supravodivosť pri vyššom kritickom magnetickom poli. Podmienka medzi slabším kritickým magnetickým poľom a vyšším kritickým magnetickým poľom sa nazýva stredný stav, inak vortexový stav.

Tento typ polovodiča sa tiež nazýva tvrdý supravodič z dôvodu, že pomaly, ale nie jednoducho, strácajú svoju supravodivosť. Tieto polovodiče sa budú riadiť Meissnerovým účinkom, ale nie úplne. Najlepšie príklady sú NbN a Babi3. Tieto supravodiče sú použiteľné pre supravodivé magnety so silným poľom.

Supravodivé materiály

Vieme, že existuje veľa materiálov, pri ktorých niektoré budú supravodivé. Okrem ortuti sú originálnymi supravodičmi kovy, polovodiče atď. Každý iný materiál sa zmení na supravodič pri trochu rozdielnej teplote

Hlavným problémom pri použití väčšiny z týchto materiálov je to, že budú supravodiť za pár stupňov úplnej nuly. To znamená, že máte akýkoľvek úžitok, ktorý dosiahnete nedostatkom odporu, ktorý takmer určite stratíte zahrnutím ochladenia na primárnom mieste.

Elektráreň, ktorá získava elektrinu do vášho domu smerom dole a potom cez supravodivé drôty, bude brilantne šumieť. Ušetrí teda obrovské množstvo vyčerpanej energie. Ak však chcete ochladiť obrovské časti a všetky prenosové vodiče v závode na dokončenie nuly, pravdepodobne stratíte viac energie.

Vlastnosti supravodiča

Supravodivé materiály majú úžasné vlastnosti, ktoré sú nevyhnutné pre súčasnú technológiu. Výskum týchto vlastností stále pokračuje v rozpoznávaní a využívaní týchto vlastností v rôznych oblastiach, ktoré sú uvedené nižšie.

  • Nekonečná vodivosť / nulový elektrický odpor
  • Meissnerov efekt
  • Prechodná teplota / kritická teplota
  • Josephsonove prúdy
  • Kritický prúd
  • Trvalé prúdy

Nekonečná vodivosť / nulový elektrický odpor

V supravodivom stave supravodivý materiál ilustruje nulový elektrický odpor. Keď sa materiál ochladí na teplotu prechodu, potom sa jeho odpor náhle zníži na nulu. Napríklad Merkúr vykazuje nulový odpor pod 4k.

Meissnerov efekt

Keď je supravodič ochladený na kritickú teplotu, potom to neumožňuje, aby v ňom prechádzalo magnetické pole. Tento výskyt v supravodičoch je známy ako Meissnerov jav.

Teplota prechodu

Táto teplota sa tiež nazýva kritická teplota. Keď kritická teplota supravodivého materiálu mení vodivý stav z normálneho na supravodivý.

Josephsonov prúd

Ak sú tieto dva supravodiče rozdelené pomocou tenkého filmu v izolačnom materiáli, vytvorí sa spojenie s nízkym odporom k nájdeniu elektrónov s medeným párom. Môže tunelovať z jedného povrchu križovatky na druhý povrch. Takže prúd z dôvodu toku párov cooperov je známy ako Josephsonov prúd.

Kritický prúd

Keď prúd dodávaný cez a vodič za podmienky supravodivosti potom môže vzniknúť magnetické pole. Ak prúdový tok stúpne nad určitú rýchlosť, potom sa môže zvýšiť magnetické pole, ktoré je ekvivalentné s kritickou hodnotou vodiča, pri ktorej sa vráti do svojho obvyklého stavu. Tok aktuálnej hodnoty je známy ako kritický prúd.

Trvalé prúdy

Ak je supravodičový kruh usporiadaný v magnetickom poli nad jeho kritickou teplotou, v súčasnosti ochladí supravodičový kruh na jeho kritickú teplotu. Ak toto pole vylúčime, potom môže byť prúd prúdu indukovaný v kruhu kvôli jeho samočinnosti. Podľa Lenzovho zákona je indukovaný prúd proti zmene toku, ktorý preteká prstencom. Keď je krúžok umiestnený v supravodivom stave, potom bude indukovaný tok prúdu, aby pokračoval v toku prúdu, ktorý je pomenovaný ako trvalý prúd. Tento prúd generuje magnetický tok, vďaka ktorému tok preteká celým konštantným prstencom.

Rozdiel medzi polovodičmi a supravodičmi

Rozdiel medzi polovodičom a supravodičom je uvedený nižšie.

Polovodič

Supravodič

Odpor polovodiča je konečnýOdpor supravodiča je nulový elektrický odpor
V tomto vedie odpudzovanie elektrónov k konečnému odporu.V tomto vedie elektrónová príťažlivosť k strate rezistivity
Supravodiče nevykazujú dokonalý diamagnetizmusSupravodiče vykazujú dokonalý diamagnetizmus
Energetická medzera supravodiča je rádovo niekoľko eV.

Energetická medzera supravodičov je rádovo 10 ^ -4 eV.
Kvantovanie toku v supravodičoch je 2e jednotky.Jednotkou supravodiča je napr.

Aplikácie superdirigenta

Medzi aplikácie supravodičov patria nasledujúce.

  • Používajú sa v generátoroch, urýchľovačoch častíc, doprave, elektromotory , výpočtová technika, lekárske, prenos sily , atď.
  • Supravodiče sa používajú hlavne na vytváranie výkonných elektromagnetov v skeneroch MRI. Tieto sa teda používajú na rozdelenie. Môžu sa tiež použiť na separáciu magnetických a nemagnetických materiálov
  • Tento vodič sa používa na prenos energie na veľké vzdialenosti
  • Používa sa v pamäťových alebo úložných prvkoch.

Časté otázky

1). Prečo musia byť supravodiče studené?

Výmena energie spôsobí, že materiál bude teplejší. Takže keď je polovodič ochladený, je potrebné menšie množstvo energie na to, aby sa elektróny približne zrazili.

2). Je zlato supravodič?

Najlepšie vodiče pri izbovej teplote sú zlato, meď a striebro, ktoré sa vôbec nezmenia na supravodivé.

3). Je možný supravodič izbovej teploty?

Supravodič pri izbovej teplote je schopný ukázať supravodivosť pri teplotách okolo 77 stupňov Fahrenheita

4). Prečo v supravodičoch nie je odpor?

V supravodiči je elektrický odpor neočakávane klesne na nulu v dôsledku vibrácií a chýb atómov musí spôsobiť odpor v materiáli, zatiaľ čo elektróny cez neho prechádzajú

5). Prečo je supravodič dokonalým Diamagnetom?

Keď je supravodivý materiál udržiavaný v magnetickom poli, potom vytláča magnetický tok z tela. Po ochladení na kritickú teplotu vykazuje ideálny diamagnetizmus.

Jedná sa teda o prehľad o supravodiči. Supravodič môže viesť elektrinu, inak prenášať elektróny z jedného atómu na druhý bez odporu. Tu je otázka, aké sú príklady supravodiča?
.