Kaj je superprevodnik: vrste, materiali in lastnosti

Kaj je superprevodnik: vrste, materiali in lastnosti

Obstajata dve vrsti materialov, kot so kovine in izolatorji. Kovine omogočajo pretok elektronov in s seboj nosijo električni naboj, kot so srebro, baker itd., Izolatorji pa zadržujejo elektrone in ne dovolijo pretoka elektronov, kot so les, guma itd. V 20. stoletju so nove laboratorijske metode razvili fiziki, da materiale ohladijo na ničelno temperaturo. Začel je raziskovati nekatere elemente, da bi vedel, kako elektrika se bodo spremenili v takšnih pogojih, kot sta svinec in živo srebro, saj vodijo elektriko pod določeno temperaturo brez upora. Ugotovili so enako vedenje v več spojinah, na primer od keramike do ogljikovih nanocevk. Ta članek obravnava pregled superprevodnika.



Kaj je superprevodnik?

Opredelitev: Material, ki lahko prevaja elektriko brez upora, je znan kot superprevodnik. V večini primerov imajo nekateri materiali, kot so spojine, sicer kovinski elementi določeno količino odpornosti pri sobni temperaturi, čeprav nudijo nizko odpornost pri temperatura se imenuje njegova kritična temperatura.


Superprevodnik

superprevodnik



Pretok elektronov iz atoma v atom pogosto poteka z uporabo določenih materialov, ko dosežejo kritično temperaturo, zato ga lahko imenujemo superprevodni material. Ti so zaposleni na številnih področjih, kot so slikanje z magnetno resonanco in medicina. Večina materialov, ki so na voljo na trgu, ni superprevodnih. Torej morajo biti v zelo nizkoenergijskem stanju, da se spremenijo v superprevodne. Trenutne raziskave se osredotočajo na razvoj spojin, ki se pri visokih temperaturah razvijejo v superprevodne.

Vrste superprevodnikov

Superprevodniki so razvrščeni v dve vrsti, in sicer tip I in tip II.



Vrste superprevodnikov

tipi superprevodnikov

Superprevodnik tipa I

Ta vrsta superprevodnika vključuje osnovne prevodne dele, ki se uporabljajo na različnih področjih, od električnih kablov do mikročipov na računalniku. Te vrste superprevodnikov zelo preprosto izgubijo svojo superprevodnost, ko je postavljena v magnetno polje pri kritičnem magnetnem polju (Hc). Po tem bo postalo kot dirigent. Te vrste polprevodniki so imenovani tudi mehki superprevodniki zaradi izgube superprevodnosti. Ti superprevodniki v celoti upoštevajo Meissnerjev učinek. The primeri superprevodnikov sta cink in aluminij.

Superprevodnik tipa II

Ta vrsta superprevodnika bo izgubila superprevodnost počasi, vendar ne preprosto, kot je razporejena v zunanjem magnetnem polju. Ko opazujemo grafično predstavitev med magnetizacijo in magnetnim poljem, ko je polprevodnik drugega tipa postavljen v magnetno polje, bo počasi izgubil svojo superprevodnost.


Tovrstni polprevodniki bodo začeli izgubljati svojo superprevodnost na manj pomembnem magnetnem polju in popolnoma znižali svojo superprevodnost pri višjem kritičnem magnetnem polju. Pogoj med manjšim kritičnim magnetnim poljem in višjim kritičnim magnetnim poljem se imenuje vmesno stanje, sicer vrtinčno stanje.

Ta vrsta polprevodnikov je imenovana tudi trdi superprevodniki, ker izgubljajo svojo superprevodnost počasi, a ne preprosto. Ti polprevodniki bodo upoštevali učinek Meissnerja, vendar ne v celoti. Najboljša primera sta NbN in Babi3. Ti superprevodniki se uporabljajo za superprevodne magnete z močnim poljem.

Superprevodnostni materiali

Vemo, da je na voljo veliko materialov, kjer bodo nekateri superprevodni. Prvotni superprevodniki, razen živega srebra, so kovine, polprevodniki itd. Vsak drugačen material se bo spremenil v superprevodnik pri malo drugačni temperaturi

Glavna težava uporabe večine teh materialov je ta, da bodo superprevodni v nekaj stopinjah popolne ničle. To pomeni, da kakršno koli korist, ki jo dosežete zaradi pomanjkanja upora, skoraj zagotovo izgubite, če jih vključite v ohlajanje na primarnem mestu.

Elektrarna, ki dobiva elektriko do vašega doma navzdol, potem pa superprevodniške žice, bo briljantno hrumela. Tako bo prihranil ogromno izčrpane energije. Če pa želite ohladiti ogromne dele in vse prenosne žice v obratu do ničle, boste verjetno zapravili več energije.

Lastnosti superprevodnika

Superprevodniški materiali kažejo nekaj neverjetnih lastnosti, ki so bistvenega pomena za trenutno tehnologijo. Raziskave teh lastnosti še vedno prepoznavajo in uporabljajo te lastnosti na različnih področjih, ki so navedena spodaj.

  • Neskončna prevodnost / ničelna električna upornost
  • Meissnerjev učinek
  • Prehodna temperatura / kritična temperatura
  • Josephson Currents
  • Kritični tok
  • Stalni tokovi

Neskončna prevodnost / ničelna električna upornost

V superprevodnem stanju superprevodni material ponazarja ničelni električni upor. Ko se material ohladi pod temperaturo prehoda, se njegova odpornost nenadoma zmanjša na nič. Merkur na primer pokaže nič odpornosti pod 4k.

Meissnerjev učinek

Ko se superprevodnik ohladi pod kritično temperaturo, potem ne dopušča, da bi magnetno polje šlo skozi njega. Ta pojav v superprevodnikih je znan kot Meissnerjev učinek.

Prehodna temperatura

Ta temperatura je znana tudi kot kritična temperatura. Ko kritična temperatura superprevodnega materiala spremeni prevodno stanje iz običajnega v superprevodni.

Josephson Current

Če dva superprevodnika razdelimo s pomočjo tankega filma v izolacijskem materialu, potem tvori spoj nizke odpornosti na najdene elektrone z bakrenim parom. Lahko predori od ene površine križišča do druge površine. Torej je tok zaradi toka bakrenih parov znan kot Josephsonov tok.

Kritični tok

Ko tok, ki se dovaja prek a voznik pod pogojem superprevodnosti se lahko razvije magnetno polje. Če se trenutni tok poveča čez določeno hitrost, se lahko magnetno polje poveča, kar je enakovredno kritični vrednosti vodnika, pri katerem se ta vrne v običajno stanje. Tok trenutne vrednosti je znan kot kritični tok.

Stalni tokovi

Če je superprevodniški obroč nameščen v magnetnem polju nad njegovo kritično temperaturo, trenutno superprevodniški obroč ohladimo pod njegovo kritično temperaturo. Če to polje odpravimo, lahko tok toka v obroču induciramo zaradi lastne induktivnosti. Iz Lenzovega zakona inducirani tok nasprotuje spremembi znotraj toka, ki teče skozi obroč. Ko je obroč v superprevodnem stanju, se bo tok toka povzročil, da bo nadaljeval tok, imenovan kot trajni tok. Ta tok ustvarja magnetni tok, da tok teče skozi konstanten obroč.

Razlika med polprevodnikom in superprevodnikom

Razlika med polprevodnikom in superprevodnikom je obravnavana v nadaljevanju.

Polprevodnik

Superprevodnik

Upor polprevodnika je končenUpornost superprevodnika je nič električna upornost
Pri tem odbijanje elektronov vodi do končnega upora.Pri tem privlačenje elektronov vodi do izgube upora
Superprevodniki ne kažejo popolnega diamagnetizmaSuperprevodniki kažejo popoln diamagnetizem
Energijska vrzel superprevodnika je nekaj eV.

Energijska vrzel superprevodnikov je reda 10 ^ -4 eV.
Kvantizacija toka v superprevodnikih je 2e enot.Enota superprevodnika je e.

Aplikacije super dirigenta

Uporaba superprevodnikov vključuje naslednje.

  • Uporabljajo se v generatorjih, pospeševalcih delcev, transportu, električni motorji , računalništvo, medicina, prenos moči itd.
  • Superprevodniki, ki se v glavnem uporabljajo za ustvarjanje močnih elektromagnetov v MRI skenerjih. Torej se te uporabljajo za delitev. Uporabljajo se lahko tudi za ločevanje magnetnih in nemagnetnih materialov
  • Ta vodnik se uporablja za prenos moči na velike razdalje
  • Uporablja se v pomnilniku ali shranjevalnih elementih.

Pogosta vprašanja

1). Zakaj morajo biti superprevodniki hladni?

Zaradi izmenjave energije bo material bolj vroč. Če hladimo polprevodnik, je potrebna manjša količina energije, da lahko elektrone približamo.

2). Je zlato superprevodnik?

Najboljši vodniki pri sobni temperaturi so zlato, baker in srebro, ki se sploh ne spremenijo v superprevodnike.

3). Ali je možen superprevodnik sobne temperature?

Superprevodnik pri sobni temperaturi se lahko prikaže superprevodnost pri temperaturah okoli 77 stopinj Fahrenheita

4). Zakaj v superprevodnikih ni upora?

V superprevodniku je električni upor nepričakovano pade na nič zaradi vibracij in napak atomov mora povzročiti odpornost materiala, medtem ko elektroni potujejo skozi njega

5). Zakaj je superprevodnik popoln diamagnet?

Ko je superprevodni material v magnetnem polju, potisne magnetni tok iz telesa. Ko se ohladi pod kritično temperaturo, pokaže idealen diamagnetizem.

Gre torej za pregled nadprevodnika. Superprevodnik lahko prevaja elektriko, sicer prenaša elektrone z enega atoma na drugega brez upora. Tukaj je vprašanje za vas, kakšni so primeri superprevodnika?
.