Definiția superconductorului, tipurile și utilizările

Un supraconductor este un element sau aliaj metalic care, atunci când este răcit sub o anumită temperatură de prag, materialul pierde dramatic toată rezistența electrică. În principiu, superconductorii pot permite curgerea curentului electric fără pierderi de energie (deși, în practică, un superconductor ideal este foarte greu de produs). Acest tip de curent se numește supracurent.

Temperatura prag sub care se trece un material într-o stare de supraconductor este desemnată ca fiind T_c, ceea ce înseamnă temperatura critică. Nu toate materialele se transformă în supraconductori, iar materialele care au fiecare au propria lor valoare T_c.

Tipuri de superconductori

• Superconductori de tip I acționează ca conductori la temperatura camerei, dar atunci când este răcit mai jos T_c, mișcarea moleculară în interiorul materialului reduce suficient încât fluxul de curent se poate mișca fără obstacole.
• Superconductorii de tip 2 nu sunt conductori deosebit de buni la temperatura camerei, trecerea la o stare de supraconductor este mai graduală decât superconductorii de tip 1. Mecanismul și baza fizică pentru această schimbare de stare nu sunt, în prezent, pe deplin înțelese. Superconductorii de tip 2 sunt de obicei compuși și aliaje metalice.

Descoperirea Superconductorului

Superconductivitatea a fost descoperită pentru prima dată în 1911, când mercurul a fost răcit la aproximativ 4 grade Kelvin de către fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes, ceea ce i-a câștigat Premiul Nobel pentru fizică din 1913. În anii de atunci, acest câmp s-a extins foarte mult și au fost descoperite multe alte forme de supraconductori, inclusiv superconductori de tip 2 în anii 1930.

Teoria de bază a superconductivității, teoria BCS, a câștigat oamenii de știință - John Bardeen, Leon Cooper și John Schrieffer - Premiul Nobel pentru fizică din 1972. O parte din Premiul Nobel pentru fizică din 1973 a fost la Brian Josephson, de asemenea, pentru munca cu superconductivitate.

În ianuarie 1986, Karl Muller și Johannes Bednorz au făcut o descoperire care a revoluționat modul în care oamenii de știință au gândit la supraconductori. Înainte de acest moment, înțelegerea era că superconductivitatea se manifesta doar atunci când s-a răcit până la zero absolut, dar folosind un oxid de bariu, lantan și cupru, au descoperit că a devenit un superconductor la aproximativ 40 de grade Kelvin. Aceasta a inițiat o cursă pentru a descoperi materiale care au funcționat ca supraconductori la temperaturi mult mai ridicate.

În deceniile de atunci, cele mai ridicate temperaturi atinse au fost de aproximativ 133 grade Kelvin (deși puteți ajunge până la 164 grade Kelvin dacă aplicați o presiune ridicată). În august 2015, o lucrare publicată în revista Nature a raportat descoperirea superconductivității la o temperatură de 203 grade Kelvin, sub presiune ridicată..

Aplicații ale superconductorilor

Superconductorii sunt folosiți într-o varietate de aplicații, dar mai ales în structura colectorului de Hadroni Mari. Tunelele care conțin fascicule de particule încărcate sunt înconjurate de tuburi care conțin superconductori puternici. Supercurentele care circulă prin superconductori generează un câmp magnetic intens, prin inducție electromagnetică, care poate fi utilizat pentru a accelera și direcționa echipa după dorință.

În plus, superconductorii prezintă efectul Meissner în care anulează tot fluxul magnetic din interiorul materialului, devenind perfect diamagnetic (descoperit în 1933). În acest caz, liniile câmpului magnetic călătoresc de fapt în jurul supraconductorului răcit. Această proprietate a superconductorilor este folosită frecvent în experimentele de levitație magnetică, cum ar fi blocarea cuantică văzută în levitația cuantică. Cu alte cuvinte, dacă Inapoi in viitor hoverboard-urile de stil devin vreodată o realitate. Într-o aplicație mai puțin banală, superconductorii joacă un rol în progresele moderne ale trenurilor de levitație magnetică, care oferă o posibilitate puternică pentru transportul public de mare viteză bazat pe electricitate (care poate fi generat folosind energie regenerabilă), în contrast cu curentul care nu este regenerabil. opțiuni precum avioane, mașini și trenuri cu cărbune.

Editat de Anne Marie Helmenstine, doctorat.