Meissnerov uvjet. Meissnerov efekt i njegova praktična primjena

Magnet u supravodljivoj čaši umočen u tekući dušik lebdi poput Muhamedovog lijesa...

Legendarni “Muhamedov kovčeg” uklopio se u “znanstvenu” sliku svijeta 1933. godine kao “Meissnerov efekt”: nalazi se iznad supravodiča, magnet lebdi i počinje levitirati. Znanstvena činjenica. A "znanstvena slika" (tj. mit onih koji se bave objašnjavanjem znanstvenih činjenica) je sljedeća: "iz supravodljivog uzorka istiskuje se konstantno, ne prejako magnetsko polje" - i sve je odmah postalo jasno i razumljivo. No onima koji grade vlastitu sliku svijeta nije zabranjeno misliti da imaju posla s levitacijom. Tko voli što. Inače, u znanosti su produktivniji oni koji nisu zabljesnuti “znanstvenom slikom svijeta”. O tome ćemo sada govoriti.

I srećom, izumitelj...

Općenito, promatranje "Meissner-Mohammedovog efekta" nije bilo lako: bio je potreban tekući helij. Ali u rujnu 1986., kada su G. Bednorz i A. Muller izvijestili da je moguća visokotemperaturna supravodljivost u keramičkim uzorcima baziranim na Ba-La-Cu-O. To je potpuno proturječilo “znanstvenoj slici svijeta” i dečki bi s tim brzo bili odbačeni, ali pomogao je “Muhamedov lijes”: fenomen supravodljivosti sada se mogao slobodno demonstrirati bilo kome i bilo gdje, a sva druga objašnjenja “znanstvene slike svijeta” proturječio još više , zatim supravodljivost na visoke temperature brzo prepoznati i njihovi Nobelova nagrada ovi su ga dobili već sljedeće godine! – Usporedite s utemeljiteljem teorije supravodljivosti - Pyotrom Kapitsom, koji je supravodljivost otkrio prije pedeset godina, a Nobelovu nagradu dobio samo osam godina prije ovih momaka...

Prije nastavka, divite se Mohammed-Meissnerovoj levitaciji u sljedećem videu.

Prije početka eksperimenta, supravodič izrađen od posebne keramike ( YBa 2 Cu 3 O 7) hladi se polivanjem tekućim dušikom kako bi poprimio svoja “čarobna” svojstva.

Godine 1992. na Sveučilištu u Tampereu (Finska), ruski znanstvenik Evgeniy Podkletnov proveo je istraživanje svojstava zaštite različitih elektromagnetskih polja supravodljivom keramikom. Međutim, tijekom pokusa sasvim slučajno otkriven je učinak koji se nije uklapao u okvire klasične fizike. Podkletnov je to nazvao "gravitacijskim štitom" i sa svojim koautorom objavio preliminarno izvješće.

Podkletnov je zarotirao "smrznuti" supravodljivi disk u elektromagnetskom polju. A onda je jednog dana netko u laboratoriju zapalio lulu i dim koji je ušao u područje iznad rotirajućeg diska odjednom je pojurio prema gore! Oni. dim iznad diska je gubio na težini! Mjerenja s predmetima od drugih materijala potvrdila su pretpostavku koja nije bila okomita, već općenito suprotna “znanstvenoj slici svijeta”: pokazalo se da se moguće zaštititi od “sveprožimajuće” sile univerzalne gravitacije!
Ali, za razliku od vizualnog efekta Meissner-Mahomet, jasnoća je ovdje bila mnogo manja: gubitak težine bio je najviše oko 2%.

Izvješće o eksperimentu dovršio je Evgeniy Podkletnov u siječnju 1995. i poslao ga D. Modaneseu, koji ga je zamolio da da naslov potreban za citiranje u svom djelu “Teorijska analiza...”, koje se pojavilo u knjižnici preprinta Los Alamosa u svibnja (hep-th/ 9505094) i opskrba teorijska osnova na eksperimente. Tako se pojavio identifikator MSU - chem 95 (ili u transkripciji MSU - chemistry 95).

Nekoliko znanstvenih časopisa odbilo je Podkletnovljev članak dok ga konačno nije prihvatio za objavljivanje (od listopada 1995.) u prestižnom "Journal of Applied Physics", objavljenom u Engleskoj (The Journal of Physics-D: Applied Physics, publikacija Engleski institut za fiziku). Činilo se da će otkriće zadobiti, ako ne priznanje, onda barem interes znanstvenog svijeta. Međutim, nije tako ispalo.

Publikacije koje su daleko od znanosti prve su objavile članak. koji ne poštuju čistoću “znanstvene slike svijeta” - danas će pisati o zelenim čovječuljcima i letećim tanjurićima, a sutra o antigravitaciji - čitatelju bi to bilo zanimljivo, štimalo ili ne štimalo u “znanstvenu” sliku svijeta.
Predstavnik Sveučilišta u Tampereu rekao je da se problemi antigravitacije ne rješavaju unutar zidova ove institucije. Koautori članka, Levit i Vuorinen, koji su pružali tehničku podršku, bojali su se skandala, odrekli se lovorika pronalazača, pa je Evgenij Podkletnov bio prisiljen povući pripremljeni tekst iz časopisa.

Ipak, znatiželja znanstvenika je prevladala. Godine 1997. NASA-in tim u Huntsvilleu, Alabama, ponovio je Podkletnyjev eksperiment koristeći svoje postavke. Statički test (bez rotiranja HTSC diska) nije potvrdio učinak gravitacijske zaštite.

Međutim, nije moglo biti drugačije: Ranije spomenuti talijanski teorijski fizičar Giovanni Modanese u svom izvješću iznesenom u listopadu 1997. na 48. kongresu IAF-a (International Astronautics Federation), održanom u Torinu, ističe, teorijski potkrijepljenu, potrebu korištenja dvoslojnog keramičkog HTSC diska. kako bi se postigao učinak s različitim kritična temperatura slojeva (o tome je, međutim, pisao i Podkletnov). Ovaj je rad kasnije razvijen u članku "Gravitacijske anomalije HTC supervodiča: izvješće o teoretskom statusu iz 1999." Usput, postoji i zanimljiv zaključak o nemogućnosti izgradnje zrakoplova koji koriste učinak "zaštitne gravitacije", iako ostaje teoretska mogućnost izgradnje gravitacijskih dizala - "liftova"

Ubrzo su kineski znanstvenici otkrili varijacije u gravitaciji tijekom mjerenja promjena gravitacije u procesu potpune pomrčina Sunca, vrlo malo, ali neizravno potvrđuje mogućnost "zaštite gravitacije". Tako se počela mijenjati “znanstvena” slika svijeta, tj. stvara se novi mit.

U vezi s onim što se dogodilo umjesno je postaviti sljedeća pitanja:
- i gdje su bila notorna "znanstvena predviđanja" - zašto znanost nije predvidjela antigravitacijski učinak?
- Zašto slučaj odlučuje o svemu? Štoviše, znanstvenici naoružani znanstvenom slikom svijeta, čak i nakon što su je sažvakali i stavili u usta, nisu mogli ponoviti eksperiment? Kakav je to slučaj koji jednom padne na glavu, a drugom se jednostavno ne može zakucati?

Još bolje su se istakli ruski hrvači s pseudoznanošću koje je do kraja svojih dana vodio militantni materijalist Evgenij Ginzburg. Profesor s Instituta za fizičke probleme nazvan. P.L. Kapitsa RAS Maxim Kagan izjavio je:
Podkletnovljevi eksperimenti izgledaju prilično čudno. Na dvije nedavne međunarodne konferencije o supravodljivosti u Bostonu (SAD) i Dresdenu (Njemačka), na kojima sam sudjelovao, nije se raspravljalo o njegovim eksperimentima. Stručnjacima nije široko poznato. Einsteinove jednadžbe, u načelu, dopuštaju međudjelovanje elektromagnetskog i gravitacijskog polja. Ali da bi takva interakcija postala vidljiva, potrebna je kolosalna elektromagnetska energija, usporediva s Einsteinovom energijom mirovanja. Potrebne su električne struje koje su mnogo redova veličine veće od onih koje je moguće postići u modernim laboratorijskim uvjetima. Stoga nemamo pravih eksperimentalnih mogućnosti za promjenu gravitacijske interakcije.
- Što je s NASA-om?
-NASA ima mnogo novca za znanstveni razvoj. Testiraju mnoge ideje. Čak testiraju ideje koje su vrlo dvojbene, ali privlačne širokoj publici... Proučavamo stvarna svojstva supravodiča...»

– Dakle, evo: mi smo realisti-materijalisti, a tamo polupismeni Amerikanci mogu bacati novac lijevo i desno da bi se dodvorili ljubiteljima okultizma i ostalih pseudoznanosti, to je, kažu, njihova stvar.

Zainteresirani se mogu detaljnije upoznati s radom.

Podkletnov-Modanese antigravitacijski pištolj

Shema "Anti-gravitacijskog pištolja"

Zgazio sam realiste-sunarodnjake Podkletnov do kraja. Zajedno s teoretičarom Modaneseom stvorio je, slikovito rečeno, antigravitacijski pištolj.

Podkletnov je u predgovoru publikacije napisao sljedeće: “Ne objavljujem radove o gravitaciji na ruskom, kako ne bih osramotio svoje kolege i administraciju. U našoj zemlji ima dovoljno drugih problema, ali znanost nikoga ne zanima. Možete slobodno koristiti tekst mojih publikacija u ispravnom prijevodu...
Nemojte te radove povezivati s letećim tanjurima i vanzemaljcima, ne zato što ne postoje, već zato što vam izmame osmijeh i nitko neće htjeti financirati smiješne projekte. Moj rad na gravitaciji je vrlo ozbiljna fizika i pažljivo izvedeni eksperimenti. Radimo s mogućnošću modificiranja lokalnog gravitacijskog polja na temelju teorije fluktuacija energije vakuuma i teorije kvantne gravitacije».

I tako se Podkletnovljev rad, za razliku od ruskih sveznalica, nije činio smiješnim, primjerice, tvrtki Boeing, koja je pokrenula opsežno istraživanje o ovoj “smiješnoj” temi.

A Podkletnov i Modanese stvorio uređaj koji vam omogućuje kontrolu gravitacije, točnije – antigravitacije . (Izvješće je dostupno na web stranici Laboratorija Los Alamos). " "Kontrolirani gravitacijski impuls" omogućuje vam pružanje kratkotrajnog utjecaja na bilo koji objekt na udaljenosti od desetaka i stotina kilometara, što omogućuje stvaranje novih sustava za kretanje u svemiru, komunikacijskih sustava itd.". To nije očito u tekstu članka, ali treba obratiti pozornost na činjenicu da ovaj impuls odbija, a ne privlači predmete. Očigledno, s obzirom da izraz "gravitacijski štit" nije prihvatljiv u ovom slučaju, samo činjenica da riječ "antigravitacija" je "tabu" za znanost, prisiljava autore da izbjegavaju njegovu upotrebu u tekstu.

Na udaljenosti od 6 do 150 metara od instalacije, u drugom objektu, mjer

Vakuumska boca s klatnom

uređaji koji su obična njihala u vakuumskim posudama.

Za izradu kugli njihala korišteni su različiti materijali: metal, staklo, keramika, drvo, guma, plastika. Instalacija je bila odvojena od mjerni instrumenti nalazi se na udaljenosti od 6 m - 30 centimetara zid od cigli i čelični lim 1x1,2x0,025 m. Mjerni sustavi smješteni na udaljenosti od 150 m dodatno su ograđeni zidom od opeke debljine 0,8 m. U eksperimentu nije korišteno više od pet njihala smještenih na istoj liniji. Sva njihova svjedočenja su se podudarala.
Kondenzatorski mikrofon korišten je za određivanje karakteristika gravitacijskog pulsa – posebice njegovog frekvencijskog spektra. Mikrofon je bio spojen na računalo i smješten u plastičnu kuglastu kutiju ispunjenu poroznom gumom. Postavljen je uzduž nišanske crte iza staklenih cilindara i imao je mogućnost različitog usmjeravanja prema smjeru osi pražnjenja.
Impuls je pokrenuo njihalo, što je vizualno promatrano. Vrijeme kašnjenja početka titraja njihala bilo je vrlo malo i nije se mjerilo, a zatim su se prirodne oscilacije postupno gasile. Tehnički, bilo je moguće usporediti signal iz pražnjenja i odgovor primljen od mikrofona, koji ima tipično ponašanje idealnog pulsa:
Treba napomenuti da nikakav signal nije detektiran izvan područja opsega i čini se da je "snažni snop" imao jasno definirane granice.

Otkrivena je ovisnost jakosti impulsa (kut otklona njihala) ne samo o naponu pražnjenja, već io vrsti emitera.

Temperatura njihala nije se mijenjala tijekom pokusa. Sila koja je djelovala na njihala nije ovisila o materijalu i bila je proporcionalna samo masi uzorka (u pokusu od 10 do 50 grama). Klatna različitih masa pokazala su jednak otklon pri konstantnom naponu. Dokazano je veliki iznos mjerenja. Također su otkrivena odstupanja u snazi gravitacijskog impulsa unutar područja projekcije emitera. Ova odstupanja (do 12-15%) autori povezuju s mogućim nehomogenostima emitera.

Mjerenja pulsa u rasponu od 3-6 m, 150 m (i 1200 m) od eksperimentalne postavke dala su, unutar eksperimentalnih pogrešaka, identične rezultate. Budući da su te mjerne točke, osim zrakom, bile odvojene i debelim zidom od opeke, može se pretpostaviti da medij nije apsorbirao gravitacijski impuls (ili su gubici bili neznatni). Mehanička energija koju "apsorbira" svako njihalo ovisi o naponu pražnjenja. Neizravni dokaz da je promatrani učinak gravitacijske prirode je utvrđena činjenica o neučinkovitosti elektromagnetske zaštite. S gravitacijskim učinkom, ubrzanje bilo kojeg tijela koje doživljava impulsni učinak trebalo bi, u načelu, biti neovisno o masi tijela.

p.s.

Ja sam skeptik i ne vjerujem da je to uopće moguće. Činjenica je da za ovaj fenomen postoje potpuno smiješna objašnjenja, pa tako iu časopisima iz fizike, poput činjenice da su im leđni mišići toliko razvijeni. Zašto ne zadnjica?!

I dakle: kompanija Boeing pokrenula je opsežno istraživanje na ovu “smiješnu” temu... I je li sad smiješno pomisliti da će netko imati gravitacijsko oružje koje može, recimo, proizvesti potres .

Što je sa znanošću? Vrijeme je da shvatimo: znanost ništa ne izmišlja niti otkriva. Ljudi otkrivaju i izmišljaju, otkrivaju se novi fenomeni, otkrivaju se novi obrasci i to već postaje znanost pomoću koje drugi ljudi mogu predviđati, ali samo u okviru onih modela i onih uvjeta za koje otvoreni modeli su istiniti, ali sama znanost nije u stanju ići dalje od ovih modela.

Primjerice, je li “znanstvena slika svijeta” bolja od one koju su kasnije počeli koristiti? Da, samo pogodnost, ali kakve veze jedno i drugo ima sa stvarnošću? Isti! A ako je Carnot potkrijepio granice učinkovitosti toplinskog motora koristeći koncept kalorija, onda ova "slika svijeta" nije ništa gora od one koja je predstavljala kuglice-molekule koje udaraju o stijenke cilindra. Zašto je jedan model bolji od drugog? Ništa! Svaki je model ispravan u nekom smislu, unutar nekih granica.

Na dnevnom redu je pitanje za znanost: objasnite kako jogiji, sjedeći na zadnjici, skaču pola metra uvis?!

Ocjena GD zvjezdicama
WordPress sustav ocjenjivanja

Muhamedov lijes, 5.0 od 5 na temelju 2 ocjene

Kada se supravodič koji se nalazi u vanjskom konstantnom magnetskom polju hladi, u trenutku prelaska u supravodljivo stanje, magnetsko polje se potpuno istiskuje iz njegovog volumena. Ovo razlikuje supravodič od idealnog vodiča, u kojem, kada otpor padne na nulu, indukcija magnetsko polje treba ostati nepromijenjen u volumenu.

Odsutnost magnetskog polja u volumenu vodiča omogućuje nam da iz općih zakona magnetskog polja zaključimo da u njemu postoji samo površinska struja. Fizički je stvaran i stoga zauzima tanki sloj blizu površine. Magnetsko polje struje uništava vanjsko magnetsko polje unutar supravodiča. U tom pogledu, supravodič se formalno ponaša kao idealni dijamagnetik. Međutim, nije dijamagnetičan, jer je magnetizacija unutar njega jednaka nuli.

Meissnerov učinak ne može se objasniti samo beskonačnom vodljivošću. Njegovu su prirodu prvi put objasnila braća Fritz i Heinz London pomoću Londonske jednadžbe. Pokazali su da u supravodiču polje prodire do fiksne dubine od površine - Londonska dubina prodiranja magnetskog polja λ (\displaystyle \lambda). Za metale λ ∼ 10 − 2 (\displaystyle \lambda \sim 10^(-2))µm.

Supervodiči tipa I i II

Čiste tvari u kojima se uočava fenomen supravodljivosti su malobrojne. Najčešće se supravodljivost javlja u legurama. U čistim tvarima javlja se puni Meissnerov učinak, ali u legurama magnetsko polje nije potpuno izbačeno iz volumena (djelomični Meissnerov učinak). Tvari koje pokazuju potpuni Meissnerov učinak nazivaju se supravodičima prve vrste, a djelomične nazivaju se supravodičima druge vrste. Međutim, vrijedi napomenuti da u niskim magnetskim poljima sve vrste supravodiča pokazuju puni Meissnerov učinak.

Supervodiči druge vrste imaju u svom volumenu kružne struje koje stvaraju magnetsko polje, koje, međutim, ne ispunjava cijeli volumen, već je u njemu raspoređeno u obliku zasebnih niti Abrikosovljevih vrtloga. Što se tiče otpora, on je jednak nuli, kao i kod supravodiča prvog tipa, iako kretanje vrtloga pod utjecajem struje struje stvara efektivni otpor u obliku disipativnih gubitaka na kretanje magnetskog toka unutar supravodiča, što izbjegava se uvođenjem defekata u strukturu supravodiča - centara pričvršćivanja, za koje se "hvataju" vrtlozi.

"Muhamedov lijes"

"Muhamedov lijes" je eksperiment koji demonstrira Meissnerov efekt u supravodičima.

porijeklo imena

Prema legendi, kovčeg s tijelom proroka Muhameda visio je u svemiru bez ikakvog oslonca, zbog čega se ovaj eksperiment naziva "Muhamedov lijes".

Postavljanje eksperimenta

Supravodljivost postoji samo na niskim temperaturama (u HTSC keramici - na temperaturama ispod 150), pa se tvar prvo hladi, na primjer, tekućim dušikom. Zatim se magnet postavlja na površinu ravnog supravodiča. Čak i na poljima

Fenomen su 1933. godine prvi uočili njemački fizičari Meissner i Ochsenfeld. Meissnerov efekt temelji se na fenomenu potpunog istiskivanja magnetskog polja iz materijala tijekom prijelaza u supravodljivo stanje. Objašnjenje efekta povezano je sa strogo nultom vrijednošću električnog otpora supravodiča. Prodor magnetskog polja u obični vodič povezan je s promjenom magnetskog toka, što zauzvrat stvara induciranu emf i inducirane struje koje sprječavaju promjenu magnetskog toka.

Magnetsko polje prodire u supravodič do dubine, istiskujući magnetsko polje iz supravodiča određeno konstantom koja se naziva Londonova konstanta:

Riža. 3.17 Dijagram Meissnerovog efekta.

Na slici su prikazane linije magnetskog polja i njihov pomak od supravodiča koji se nalazi na temperaturi ispod kritične temperature.

Kada temperatura prijeđe kritičnu vrijednost, magnetsko polje u supravodiču naglo se mijenja, što dovodi do pojave EMF impulsa u induktoru.

Riža. 3.18 Senzor koji implementira Meissnerov učinak.

Ovaj se fenomen koristi za mjerenje ultra-slabih magnetskih polja za stvaranje kriotroni(sklopni uređaji).

Riža. 3.19 Dizajn i oznaka kriotrona.

Strukturno, kriotron se sastoji od dva supravodiča. Oko tantalskog vodiča namotana je niobijska zavojnica, kroz koju teče upravljačka struja. Povećanjem upravljačke struje raste i jakost magnetskog polja, a tantal prelazi iz supravodljivog stanja u normalno stanje. U tom se slučaju vodljivost tantalskog vodiča naglo mijenja, a radna struja u krugu praktički nestaje. Na primjer, kontrolirani ventili se stvaraju na temelju kriotrona.

Magnet lebdi iznad supravodiča hlađenog tekućim dušikom.

Meissnerov učinak- potpuno istiskivanje magnetskog polja iz materijala pri prijelazu u supravodljivo stanje (ako indukcija polja ne prelazi kritičnu vrijednost). Fenomen su 1933. godine prvi uočili njemački fizičari Meissner i Ochsenfeld.

Supravodljivost je svojstvo nekih materijala da imaju striktno nulti električni otpor kada dosegnu temperaturu ispod određene vrijednosti (električni otpor ne postaje blizu nule, već potpuno nestaje). Postoji nekoliko desetaka čistih elemenata, legura i keramike koji prelaze u supravodljivo stanje. Supravodljivost nije samo jednostavan nedostatak otpora, ona je i određena reakcija na vanjsko magnetsko polje. Meissnerov efekt je kada se konstantno, ne prejako magnetsko polje istisne iz supravodljivog uzorka. U debljini supravodiča, magnetsko polje je oslabljeno na nulu; supravodljivost i magnetizam mogu se nazvati, takoreći, suprotnim svojstvima.

Teorija Kenta Hovinda sugerira da je planeta Zemlja prije Velikog potopa bila okružena velikim slojem vode koji se sastojao od čestica leda koje su držane u orbiti iznad atmosfere zahvaljujući Meissnerovom efektu.

Ova vodena ljuska služila je kao zaštita od sunčevog zračenja i osiguravala ravnomjernu raspodjelu topline na površini Zemlje.

Ilustrirajuće iskustvo

Na fotografiji je prikazan vrlo spektakularan eksperiment koji pokazuje prisutnost Meissnerovog efekta: permanentni magnet lebdi iznad supravodljive čaše. Prvi put je takav eksperiment izveo sovjetski fizičar V. K. Arkadjev 1945. godine.

Supravodljivost postoji samo na niskim temperaturama (visokotemperaturna supravodljiva keramika postoji na temperaturama reda 150 K), pa se tvar prvo hladi, npr. tekućim dušikom. Zatim se magnet postavlja na površinu ravnog supravodiča. Već u poljima od 0,001 Tesla primjetan je pomak magneta prema gore za udaljenost reda centimetra. Kako se polje povećava do kritične vrijednosti, magnet se diže sve više i više.

Obrazloženje

Jedno od svojstava supravodiča tipa II je istiskivanje magnetskog polja iz područja supravodljive faze. Odgurujući se od nepomičnog supravodiča, magnet sam pluta i nastavlja lebdjeti sve dok vanjski uvjeti neće ukloniti supravodič iz supravodljive faze. Kao rezultat ovog efekta, magnet koji se približava supravodiču će "vidjeti" magnet suprotnog polariteta potpuno iste veličine, što uzrokuje levitaciju.

Još važnije svojstvo supravodiča od nultog električnog otpora je takozvani Meissnerov efekt, koji se sastoji u istiskivanju konstantnog magnetskog polja iz supravodiča. Iz ovog eksperimentalnog opažanja zaključuje se da unutar supravodiča postoje stalne struje koje stvaraju unutarnje magnetsko polje koje je suprotno od vanjskog primijenjenog magnetskog polja i kompenzira ga.

Dovoljno jako magnetsko polje pri određenoj temperaturi uništava supravodljivo stanje tvari. Magnetsko polje jakosti Hc, koje pri određenoj temperaturi uzrokuje prijelaz tvari iz supravodljivog stanja u normalno stanje, naziva se kritičnim poljem. Kako se temperatura supravodiča smanjuje, vrijednost Hc raste. Ovisnost kritičnog polja o temperaturi s dobrom je točnošću opisana izrazom

gdje je kritično polje pri nultoj temperaturi. Supravodljivost također nestaje kada se kroz supravodič propusti električna struja gustoće veće od kritične, jer stvara magnetsko polje veće od kritične.

Razaranje supravodljivog stanja pod utjecajem magnetskog polja razlikuje se kod supravodiča tipa I i tipa II. Za supravodiče tipa II postoje 2 kritične vrijednosti polja: H c1, pri kojoj magnetsko polje prodire u supravodič u obliku Abrikosovljevih vrtloga, i H c2, pri kojoj supravodljivost nestaje.

Izotopni učinak

Izotopski učinak u supravodičima je da su temperature Tc obrnuto proporcionalne kvadratnom korijenu atomskih masa izotopa istog supravodljivog elementa. Zbog toga se monoizotopni pripravci donekle razlikuju u kritičnim temperaturama od prirodne smjese i međusobno.

Londonski trenutak

Rotirajući supravodič stvara magnetsko polje točno poravnato s osi rotacije, a rezultirajući magnetski moment naziva se "Londonov moment". Korišten je, posebice, u znanstvenom satelitu Gravity Probe B, gdje su mjerena magnetska polja četiriju supravodljivih žiroskopa kako bi se odredile njihove osi rotacije. Budući da su rotori žiroskopa bili gotovo savršeno glatke kugle, korištenje londonskog momenta bio je jedan od rijetkih načina za određivanje njihove osi rotacije.

Primjene supravodljivosti

Postignut je značajan napredak u dobivanju visokotemperaturne supravodljivosti. Na temelju metalne keramike, npr. sastava YBa 2 Cu 3 O x , dobivene su tvari kod kojih temperatura prijelaza u supravodljivo stanje T c prelazi 77 K (temperatura ukapljivanja dušika). Nažalost, gotovo svi visokotemperaturni supravodiči nisu tehnološki napredni (krti, nemaju stabilna svojstva i sl.), zbog čega se u tehnici još uvijek uglavnom koriste supravodiči na bazi legura niobija.

Fenomen supravodljivosti koristi se za stvaranje jakih magnetskih polja (na primjer, u ciklotronima), budući da nema toplinskih gubitaka kada jake struje prolaze kroz supravodič, stvarajući jaka magnetska polja. Međutim, zbog činjenice da magnetsko polje uništava stanje supravodljivosti, za dobivanje jakih magnetskih polja koriste se tzv. Supervodiči tipa II, kod kojih je moguća koegzistencija supravodljivosti i magnetskog polja. U takvim supravodičima magnetsko polje uzrokuje pojavu tankih niti normalnog metala koje prodiru kroz uzorak, a svaka od njih nosi kvant magnetskog toka (Abrikosovljevi vrtlozi). Tvar između niti ostaje supravodljiva. Budući da u supravodiču tipa II ne postoji puni Meissnerov efekt, supravodljivost postoji do mnogo viših vrijednosti magnetskog polja H c 2. U tehnologiji se uglavnom koriste sljedeći supravodiči:

Na supravodičima postoje detektori fotona. Neki koriste prisutnost kritične struje, također koriste Josephsonov efekt, Andrejevljev odraz itd. Tako postoje supravodljivi jednofotonski detektori (SSPD) za snimanje pojedinačnih fotona u IR području, koji imaju niz prednosti u odnosu na detektore. sličnog raspona (PMT, itd.) korištenjem drugih metoda detekcije.

Usporedne karakteristike najčešćih IR detektora, koji se ne temelje na svojstvima supravodljivosti (prva četiri), kao i supravodljivih detektora (posljednja tri):

Vrsta detektora	Maksimalna brzina brojanja, s −1	Kvantna učinkovitost, %	, c −1	NEP W
InGaAs PFD5W1KSF APS (Fujitsu)
R5509-43 PMT (Hamamatsu)
Si APD SPCM-AQR-16 (EG\&G)
Mepsicron-II (Quantar)

			manje od 1·10 -3	manje od 1·10 -19
			manje od 1·10 -3

Vrtlozi u supravodičima tipa II mogu se koristiti kao memorijske ćelije. Neki magnetski solitoni već su pronašli sličnu primjenu. Postoje i složeniji dvodimenzionalni i trodimenzionalni magnetski solitoni, koji podsjećaju na vrtloge u tekućinama, samo što ulogu strujnih linija u njima imaju linije duž kojih su poredani elementarni magneti (domene).

Odsutnost gubitaka grijanja kada istosmjerna struja prolazi kroz supravodič čini korištenje supravodljivih kabela atraktivnim za isporuku električne energije, budući da je jedan tanki podzemni kabel sposoban prenijeti snagu koju tradicionalna metoda zahtijeva stvaranje strujnog kruga s nekoliko kabela mnogo veće debljine . Problemi koji sprječavaju široku upotrebu su troškovi kabela i njihovo održavanje - tekući dušik se mora neprestano pumpati kroz supravodljive vodove. Prvi komercijalni supravodljivi dalekovod lansirao je American Superconductor na Long Islandu u New Yorku krajem lipnja 2008. godine. Južnokorejski elektroenergetski sustavi planiraju do 2015. godine izgraditi supravodljive dalekovode ukupne duljine 3000 km.

Važnu primjenu imaju minijaturni supravodljivi prstenasti uređaji - SQUIDS, čije se djelovanje temelji na povezanosti promjena magnetskog toka i napona. Dio su ultraosjetljivih magnetometra koji mjere magnetsko polje Zemlje, a koriste se i u medicini za dobivanje magnetograma raznih organa.

Supervodiči se također koriste u maglevima.

Fenomen ovisnosti temperature prijelaza u supravodljivo stanje o veličini magnetskog polja koristi se u kriotronima s kontroliranim otporom.

Nulti otpor nije jedina značajka supravodljivosti. Jedna od glavnih razlika između supravodiča i idealnih vodiča je Meissnerov efekt, koji su otkrili Walter Meissner i Robert Ochsenfeld 1933. godine.

Meissnerov efekt sastoji se od toga da supravodič "gura" magnetsko polje iz dijela prostora koji ono zauzima. To je uzrokovano postojanjem trajnih struja unutar supravodiča, koje stvaraju unutarnje magnetsko polje koje je suprotno primijenjenom vanjskom magnetskom polju i kompenzira ga.

Meissnerov efekt prvi su objasnili braća Fritz i Heinz London. Pokazali su da u supravodiču magnetsko polje prodire do fiksne dubine od površine - Londonska dubina prodiranja magnetskog polja λ . Za metale l~10-2 um.

Čiste tvari u kojima se uočava fenomen supravodljivosti su malobrojne. Najčešće se supravodljivost javlja u legurama. U čistim tvarima javlja se puni Meissnerov učinak, ali u legurama magnetsko polje nije potpuno izbačeno iz volumena (djelomični Meissnerov učinak). Tvari koje pokazuju puni Meissnerov učinak nazivaju se supravodiči prve vrste , i djelomično - supravodiči druge vrste .

Supervodiči druge vrste imaju u svom volumenu kružne struje koje stvaraju magnetsko polje, koje međutim ne ispunjava cijeli volumen, već je u njemu raspoređeno u obliku pojedinačnih niti. Što se tiče otpora, on je jednak nuli, kao u supravodičima tipa I.

Prijelaz tvari u supravodljivo stanje popraćen je promjenom njezinih toplinskih svojstava. Međutim, ta promjena ovisi o vrsti supravodiča u pitanju. Dakle, za supravodiče tipa I u odsutnosti magnetskog polja na temperaturi prijelaza T S toplina prijelaza (apsorpcije ili otpuštanja) postaje nula, i stoga trpi skok u toplinskom kapacitetu, što je karakteristično za fazni prijelaz reda ΙΙ. Kada se prijelaz iz supravodljivog stanja u normalno stanje provodi promjenom primijenjenog magnetskog polja, tada se toplina mora apsorbirati (npr. ako je uzorak toplinski izoliran, tada mu se temperatura smanjuje). A to odgovara faznom prijelazu 1. reda. Za supravodiče tipa II prijelaz iz supravodljivog u normalno stanje pod bilo kojim uvjetima bit će fazni prijelaz tipa II.

Fenomen izbacivanja magnetskog polja može se promatrati u eksperimentu nazvanom "Muhamedov lijes". Ako se magnet postavi na površinu ravnog supravodiča, tada se može uočiti levitacija - magnet će visjeti na određenoj udaljenosti od površine bez dodirivanja. Čak iu poljima s indukcijom od oko 0,001 T, magnet se pomiče prema gore za oko centimetar. To je zato što je magnetsko polje izbačeno iz supravodiča, pa će magnet koji se približava supravodiču "vidjeti" magnet istog polariteta i točno iste veličine - što će uzrokovati levitaciju.

Naziv ovog eksperimenta - "Muhamedov lijes" - dobio je zbog činjenice da je, prema legendi, lijes s tijelom proroka Muhameda visio u svemiru bez ikakvog oslonca.

Prvo teoretsko objašnjenje supravodljivosti dali su 1935. Fritz i Heinz London. Općenitiju teoriju konstruirao je 1950. L.D. Landau i V.L. Ginsburg. Postala je široko rasprostranjena i poznata je kao Ginzburg-Landauova teorija. Međutim, te su teorije bile fenomenološke prirode i nisu otkrivale detaljne mehanizme supravodljivosti. Supravodljivost na mikroskopskoj razini prvi put je objašnjena 1957. godine u radu američkih fizičara Johna Bardeena, Leona Coopera i Johna Schrieffera. Središnji element njihove teorije, nazvane BCS teorija, su takozvani Cooperovi parovi elektrona.

Kaotično kretanje atoma vodiča sprječava prolaz električne struje. Otpor vodiča opada s padom temperature. Daljnjim smanjenjem temperature vodiča uočava se potpuno smanjenje otpora i pojava supravodljivosti.

Pri određenoj temperaturi (blizu 0 oK) otpor vodiča naglo pada do nule. Taj se fenomen naziva supravodljivost. Međutim, u supravodičima se također opaža još jedan fenomen - Meissnerov efekt. Vodiči u supravodljivom stanju izlažu neobično svojstvo. Magnetsko polje je potpuno istisnuto iz volumena supravodiča.

Pomicanje magnetskog polja supravodičem.

Vodič u supravodljivom stanju, za razliku od idealnog vodiča, ponaša se kao dijamagnetski materijal. Vanjsko magnetsko polje je istisnuto iz volumena supravodiča. Zatim, ako postavite magnet iznad supravodiča, magnet visi u zraku.

Pojava ovog učinka je zbog činjenice da kada se supravodič uvede u magnetsko polje, u njemu nastaju vrtložne indukcijske struje, čije magnetsko polje potpuno kompenzira vanjsko polje (kao u bilo kojem dijamagnetskom materijalu). Ali samo inducirano magnetsko polje također stvara vrtložne struje, čiji je smjer suprotan smjeru indukcijskih struja i jednake veličine. Kao rezultat toga, u volumenu supravodiča nema magnetskog polja niti struje. Volumen supravodiča oklopljen je tankim pripovršinskim slojem - skin slojem - u čiju debljinu (oko 10-7-10-8 m) prodire magnetsko polje i u kojem se događa njegova kompenzacija.

A- normalni vodič otpora različitog od nule pri bilo kojoj temperaturi (1) uvodi se u magnetsko polje. U skladu sa zakonom elektromagnetske indukcije nastaju struje koje se odupiru prodoru magnetskog polja u metal (2). Međutim, ako je otpor različit od nule, oni brzo propadaju. Magnetsko polje prodire kroz uzorak normalnog metala i gotovo je jednoliko (3);

b- iz normalnog stanja na temperaturi iznad T c postoje dva načina: Prvi: kada se temperatura smanji, uzorak prelazi u supravodljivo stanje, tada se može primijeniti magnetsko polje koje se istiskuje iz uzorka. Drugo: prvo primijenite magnetsko polje koje prodire u uzorak, a zatim snizite temperaturu, tada će polje biti izbačeno tijekom prijelaza. Isključivanje magnetskog polja daje istu sliku;

V- da nema Meissnerovog efekta, vodič bez otpora ponašao bi se drugačije. Pri prijelazu u stanje bez otpora u magnetskom polju, održavao bi magnetsko polje i zadržao bi ga čak i kada se vanjsko magnetsko polje ukloni. Takav bi magnet bilo moguće demagnetizirati samo povećanjem temperature. Ovo ponašanje, međutim, nije uočeno eksperimentalno.

Godine 1933. njemački fizičar Walter Fritz Meissner, zajedno sa svojim kolegom Robertom Ochsenfeldom, otkrio je efekt koji je kasnije nazvan po njemu. Meissnerov učinak leži u činjenici da se pri prijelazu u supravodljivo stanje opaža potpuno istiskivanje magnetskog polja iz volumena vodiča. To se može jasno vidjeti uz pomoć eksperimenta koji je dobio naziv "Muhamedov lijes" (prema legendi, lijes muslimanskog proroka Muhameda visio je u zraku bez fizičkog oslonca). U ovom ćemo članku govoriti o Meissnerovom efektu i njegovoj budućoj i sadašnjoj praktičnoj primjeni.

Godine 1911. Heike Kamerlingh Onnes došla je do važnog otkrića – supravodljivosti. Dokazao je da ako neke tvari ohladite na temperaturu od 20 K, one se ne opiru električnoj struji. Niska temperatura "smiruje" nasumične vibracije atoma, a struja ne nailazi na otpor.

Nakon ovog otkrića počela je prava utrka za pronalaženjem tvari koje neće izdržati bez hlađenja, primjerice na običnoj sobnoj temperaturi. Takav će supravodič moći prenositi električnu energiju na goleme udaljenosti. Činjenica je da obični dalekovodi gube značajnu količinu električne struje, upravo zbog otpora. U međuvremenu, fizičari provode svoje eksperimente koristeći supravodičko hlađenje. A jedno od najpopularnijih iskustava je demonstracija Meissnerovog efekta. Na internetu možete pronaći mnogo videozapisa koji pokazuju ovaj učinak. Objavili smo jedan koji to najbolje pokazuje.

Da biste demonstrirali eksperiment levitacije magneta iznad supravodiča, trebate uzeti visokotemperaturnu supravodljivu keramiku i magnet. Keramika se hladi dušikom do supravodljivosti. Na njega je spojena struja i na vrh je postavljen magnet. U poljima od 0,001 Tesla, magnet se pomiče prema gore i levitira iznad supravodiča.

Učinak se objašnjava činjenicom da kada tvar prijeđe u supravodljivost, magnetsko polje se istiskuje iz njenog volumena.

Kako možete primijeniti Meissnerov učinak u praksi? Vjerojatno je svaki čitatelj ove stranice vidio mnoge filmove znanstvene fantastike u kojima automobili lebde iznad ceste. Ako uspijemo izmisliti tvar koja će se pretvoriti u supravodič na temperaturi, recimo, ne nižoj od +30, onda to više neće biti znanstvena fantastika.

Ali što je s brzim vlakovima, koji također lebde nad željeznicom. Da, već postoje. Ali za razliku od Meissnerovog efekta, tu vrijede drugi zakoni fizike: odbijanje unipolarnih strana magneta. Nažalost, visoka cijena magneta ne dopušta široku primjenu ove tehnologije. Izumom supravodiča koji ne treba hladiti, leteći automobili postat će stvarnost.

U međuvremenu su mađioničari usvojili Meissnerov efekt. Jednu od ovih emisija iskopali smo za vas na internetu. Grupa “Exos” pokazuje svoje trikove. Nema magije - samo fizika.

Misteriozni kvantni fenomeni još uvijek iznenađuju istraživače svojim nezamislivim ponašanjem. Ranije smo govorili o tome, ali danas ćemo razmotriti još jedan kvantnomehanički fenomen - supravodljivost.

Što je supravodljivost? Supravodljivost je kvantni fenomen protoka električne struje u čvrstom tijelu bez gubitaka, odnosno uz strogo nulti električni otpor tijela.

Uvođenjem koncepta "apsolutne nule" u fiziku, znanstvenici su počeli sve više proučavati svojstva tvari na niskim temperaturama, kada praktički nema kretanja molekula. Za postizanje niskih temperatura potreban je proces koji se naziva "ukapljivanje plina". Prilikom isparavanja takav plin uzima energiju od tijela koje je uronjeno u taj plin, jer je energija potrebna za odvajanje molekula od tekućine. Slični se procesi događaju u kućanskim hladnjacima, gdje ukapljeni plin freon isparava u zamrzivaču.

Krajem 19. i početkom 20. stoljeća već su se proizvodili ukapljeni plinovi poput kisika, dušika i vodika. Dugo vremena helij se nije mogao ukapiti, ali se očekivalo da će pomoći u postizanju minimalne temperature.

Uspjeh u ukapljivanju helija postigao je nizozemski fizičar Heike Kamerlingh-Onnes 1908. godine, koji je radio na Sveučilištu u Leidenu (Nizozemska). Ukapljeni helij omogućio je postizanje rekordno niske temperature - oko 4 K. Nakon što je primio tekući helij, znanstvenik je počeo proučavati svojstva različitih materijala na temperaturama helija.

Povijest otkrića

Jedno od pitanja koje je zanimalo Kamerlingha Onnesa bilo je proučavanje otpornosti metala na ultraniskim temperaturama. Bilo je poznato da s porastom temperature raste i električni otpor. Stoga možemo očekivati da će se pri snižavanju temperature primijetiti suprotan učinak.

Eksperimentirajući sa živom 1911. godine, znanstvenik ju je doveo do smrzavanja i nastavio snižavati temperaturu. Kada je dosegnuto 4,2 K, uređaj je prestao bilježiti otpor. Onnes je zamijenio uređaje u istraživačkom postrojenju jer se bojao da će se pokvariti, ali uređaji su stalno pokazivali nulti otpor, unatoč činjenici da je apsolutna nula još uvijek bila udaljena 4 K.

Nakon otkrića supravodljivosti žive, veliki broj pitanja. Među njima: "je li supravodljivost karakteristična za druge tvari osim žive?" ili “otpor pada na nulu, ili je toliko malen da ga postojeći uređaji ne mogu izmjeriti.

Onnes je predložio originalnu studiju koja je neizravno mjerila do koje je razine smanjen otpor. Električna struja pobuđena u poluvodičkom krugu, koja je mjerena otklonom magnetske igle, nije izumrla nekoliko godina. Prema rezultatima ovog eksperimenta, električni otpor supravodiča dobiven proračunima iznosio je 10−25 Ohm.m. U usporedbi s električnim otporom bakra (1,5۰10−8 Ohm.m), ova vrijednost je 7 redova veličine manja, što je čini praktički nulom.

Meissnerov učinak

Osim supravodljivosti, supravodiči imaju još jednu razlikovna značajka, odnosno Meissnerov učinak. To je fenomen brzog opadanja magnetskog polja u supravodiču. Supervodič je dijamagnetičan, odnosno u magnetskom polju se u supravodiču induciraju makroskopske struje koje stvaraju vlastito magnetsko polje koje potpuno kompenzira vanjsko.

Meissnerov efekt nestaje u jakim magnetskim poljima. Ovisno o vrsti supravodiča (više o tome kasnije), supravodljivo stanje ili potpuno nestaje (supravodiči tipa I), ili se supravodič segmentira u normalna i supravodljiva područja (tip II). Upravo taj efekt može objasniti levitaciju supravodiča iznad jakog magneta, odnosno magneta iznad supravodiča.

Teoretsko objašnjenje efekta supravodljivosti

Fenomenološki pristup. Iako je Kamerlingh Onnes pronalazač supravodljivosti, prvu teoriju supravodljivosti prvi su predložili 1935. njemački fizičari i braća Fritz i Heinz London. Znanstvenici su nastojali matematički zabilježiti takva svojstva supravodiča kao što su supravodljivost i Meissnerov efekt, bez zalaženja u mikroskopske uzroke supravodljivosti, fenomenološki. Izvedene jednadžbe omogućile su objašnjenje Meissnerovog efekta na način da vanjsko magnetsko polje može prodrijeti u supravodič samo do određene dubine, ovisno o takozvanoj Londonovoj dubini prodiranja. Da bi se objasnila supravodljivost, bilo je potrebno pretpostaviti da su nositelji struje u supravodiču, kao iu metalu, elektroni. Istodobno, nulti otpor znači da elektron ne doživljava sudare tijekom svog kretanja. Budući da se ovo odnosi na sve elektrone vodljivosti, postoji struja elektrona bez otpora.

Očito, ova teorija ne objašnjava samu prirodu ovog fenomena, već ga samo opisuje i omogućuje nam da predvidimo njegovo ponašanje u nizu slučajeva. Dublju, ali također fenomenološku teoriju predložili su 1950. godine sovjetski teorijski fizičari Lev Landau i Vitalij Gnizburg.

BCS teorija. Prvo kvalitativno objašnjenje fenomena supravodljivosti predloženo je u okviru tzv. BCS teorije, koju su konstruirali američki fizičari John Bardeen, Leon Cooper i John Schrieffer. Ova teorija proizlazi iz pretpostavke da može doći do privlačenja između elektrona pod određenim uvjetima. Privlačenje, koje je uzrokovano različitim pobuđenjima, prvenstveno vibracijama kristalne rešetke, sposobno je stvoriti “Cooperove parove” - vezana stanja dvaju elektrona u kristalu. Takav se par može kretati u kristalu, a da se ne rasprši ni vibracijama kristalne rešetke ni nečistoćama. U tvarima čija je temperatura daleko od nule postoji dovoljno energije da se “razbije” takav par elektrona, dok pri niskim temperaturama sustav nema dovoljno energije. Kao rezultat toga, pojavljuje se tok vezanih elektrona - Cooperovih parova, koji praktički ne stupaju u interakciju s tvari. Godine 1972. D. Bardeen, L. Cooper i D. Schrieffer dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.

Kasnije je sovjetski teorijski fizičar Nikolaj Bogoljubov poboljšao BCS teoriju. U svojim je radovima znanstvenik detaljno opisao uvjete pod kojima se mogu formirati Cooperovi parovi (energija bliska Fermijevoj energiji, određeni spinovi itd.) Kao rezultat kvantnih učinaka. Pojedinačno, elektroni su čestice s polucijelim spinom (fermioni), koje se ne mogu formirati i prijeći u superfluidno stanje. Kada postoji Cooperov par elektrona, tada on predstavlja kvazičesticu s cijelim spinom i iznosi . Pod određenim uvjetima bozoni su sposobni formirati Bose-Einsteinov kondenzat, odnosno tvar čije čestice zauzimaju isto stanje, što dovodi do pojave superfluidnosti. Ova superfluidnost elektrona objašnjava učinak supravodljivosti.

Supervodiči u izmjeničnom električnom polju

Osim supravodljivosti i Meissnerovog efekta, supravodiči imaju niz drugih svojstava. Vrijedno je napomenuti sljedeće - nulti otpor supravodiča karakterističan je samo pri konstantnoj struji. Varijabilna električno polječini otpor supravodiča različitim od nule i raste s povećanjem frekvencije polja.

Kao što dvofluidni model dijeli superfluidni materijal na područje superfluidnosti i područje obične materije, tako se i tok elektrona dijeli na supravodljiv i običan. Konstantno polje bi ubrzalo supravodljive elektrone do beskonačnosti (s obzirom na njihov nulti otpor), što je nemoguće, jer se pretvara u nulu kada udare u supravodič. Kako konstantno električno polje ne djeluje na supravodiče, ono ne utječe na obične elektrone (jednostavno se istiskuje), što znači da kretanje predstavljaju samo supravodljivi elektroni.

U slučaju varijable električno polje Postoji proces ubrzanja elektrona nakon čega slijedi usporavanje, što je fizički moguće. U ovom slučaju postoji i struja običnih elektrona, koji imaju svojstvo otpora. Što je veća frekvencija takvog polja, veći su učinci povezani s običnim elektronima.

Londonski trenutak

Još jedno zanimljivo svojstvo supravodiča je londonski moment. Suština fenomena je da rotirajući supravodič stvara magnetsko polje koje je točno usmjereno duž osi rotacije vodiča.

Daljnje proučavanje ovog fenomena dovelo je do otkrića londonskog gravitacijskog magnetskog momenta. Godine 2006. istraživači Martin Tajmar s ARC Seibersdorf Research Institute, Austrija, i Clovis de Matos iz Europske svemirske agencije (ESA) otkrili su da rotirajući supravodič također stvara gravitacijsko polje. Međutim, takvo je gravitacijsko polje približno 100 milijuna puta slabije od Zemljinog.

Klasifikacija supravodiča

Postoji nekoliko klasifikacija supravodiča, koje se temelje na sljedećim kriterijima:

Odziv na magnetsko polje. Ovo svojstvo dijeli supravodiče u dvije kategorije. Supervodiči tipa I imaju određenu kritičnu vrijednost magnetskog polja, preko koje gube supravodljivost. Tip II - imaju dvije granične vrijednosti magnetskog polja. Kada se magnetsko polje ograničeno na ove vrijednosti primijeni na supravodiče u ovoj kategoriji, polje djelomično prodire zadržavajući supravodljivost.
Kritična temperatura. Postoje niskotemperaturni i visokotemperaturni supravodiči. Prvi imaju svojstvo supravodljivosti na temperaturama ispod −196 °C ili 77 K. Visokotemperaturni supravodiči zahtijevaju temperaturu višu od ove. Do ove podjele dolazi jer se visokotemperaturni supravodiči mogu u praksi koristiti kao hladnjaci.
Materijal. Ovdje postoje takve sorte kao što su: čista kemijski element(kao što je živa ili olovo), legure, keramika, na bazi organskih tvari ili željeza.
Teorijski opis. Kao što je poznato, svaka fizikalna teorija ima određeni opseg primjene. Iz tog razloga, za daljnju primjenu, supravodiče ima smisla podijeliti prema teorijama koje mogu opisati njihovu prirodu.

Supravodljivost grafena

U posljednjih nekoliko godina, popularnost grafena je značajno porasla. Podsjetimo, grafen je sloj modificiranog ugljika debljine jednog atoma. Prije svega, tome je pridonijelo otkriće ugljikovih nanocijevi - specifičnog ultračvrstog materijala koji nastaje presavijanjem jednog ili više slojeva grafena.

Godine 2018. skupina istraživača s Instituta za tehnologiju Massachusetts i Sveučilišta Harvard, predvođena profesorom Pablom Jarillo-Herrerom, otkrila je da su dva lista grafena potpuno lišena električne vodljivosti kada se zakrenu pod određenim ("magičnim") kutom. Kad su istraživači primijenili napon na materijal dodavanjem malog broja elektroda ovoj strukturi grafena, otkrili su da su se na određenoj razini elektroni oslobodili svog izvornog izolacijskog stanja i tekli bez otpora. Najvažnija značajka ovog fenomena je da je supravodljivost navedene strukture grafena dobivena na sobnoj temperaturi. I iako je objašnjenje ovog učinka još upitno, njegov potencijal u sektoru opskrbe energijom prilično je visok.

Primjene supravodiča

Supervodiči još nisu naširoko korišteni, ali razvoj na ovom području je u tijeku. Dakle, zahvaljujući Meissnerovom efektu, vlakovi magnetske levitacije, zvani maglev vlakovi, mogu "lebdjeti" iznad ceste.

Na temelju supravodiča već se stvaraju ultra-snažni turbogeneratori koji se mogu koristiti u elektranama.

Kriotron je još jedna primjena supravodljivosti koja može biti korisna za tehnologiju i elektroničke uređaje. Ovo je uređaj koji može prebaciti stanje supravodiča iz normalnog u supravodljivo u vrlo kratkom vremenu (od 10⁻⁶ do 10⁻¹¹s). Kriotroni se mogu koristiti u informacijskim sustavima koji se odnose na pohranu i kodiranje. Tako su prvi put korišteni kao uređaji za pohranu u računalima. Kriotroni mogu pomoći iu području krioelektronike, čiji su zadaci povećanje osjetljivosti prijemnika signala i očuvanje oblika signala na najbolji mogući način. Ovdje je postizanje ciljeva olakšano niske temperature i učinak supravodljivosti.

Također, zbog nedostatka otpora u supravodičima, kabeli napravljeni od takve tvari bi isporučivali električnu energiju bez toplinskih gubitaka, što bi značajno povećalo učinkovitost napajanja. Danas takvi kabeli zahtijevaju hlađenje tekućim dušikom, što poskupljuje njihov rad. No, istraživanja na ovom području su u tijeku, a prvi prijenosnik energije temeljen na supravodičima pustio je u rad u New Yorku 2008. godine američki Superconductor. Južna Koreja je 2015. objavila svoju namjeru da stvori nekoliko tisuća kilometara supravodljivih dalekovoda. Ako tome pridodamo nedavno otkriće supravodljivosti grafena na sobnoj temperaturi, onda u bliskoj budućnosti treba očekivati globalne promjene u području opskrbe električnom energijom.

Uz ove primjene, supravodljivost se koristi u mjernoj tehnologiji, u rasponu od detektora fotona do mjerenja geodetske precesije pomoću supravodljivih žiroskopa na svemirskoj letjelici Gravity Probe B. Ovo mjerenje potvrdilo je Einsteinovo predviđanje takve precesije iz razloga navedenih u Opća teorija relativnost. Ne ulazeći u mehanizam mjerenja, treba napomenuti da podaci o geodetskoj precesiji Zemlje omogućuju točnu kalibraciju umjetnih Zemljinih satelita.

Sumirajući gore napisano, nameće se zaključak o perspektivnosti efekta supravodljivosti u mnogim područjima, te velikom potencijalu supravodiča, prvenstveno u područjima napajanja i elektrotehnike. Očekujemo mnoga otkrića na ovom području u bliskoj budućnosti.

Svidio vam se članak? Podijeli

Ispiši ovaj članak