Что такое сверхпроводимость?

Что такое сверхпроводимость?

Сверхпроводимость - одно из расплывчатых понятий, таких как спин электрона или замедление времени, но, если освоить её технологически, это может по-настоящему революционизировать мир. Уже сейчас это понятие используется в различных применениях, но способность создавать его в несоответствующих условиях может претворить многие атрибуты научной фантастики в жизнь.

Что такое сверхпроводимость? Простыми словами это свойство материла иметь нулевое (не приблизительно, а именно нулевое) сопротивление движению электронов. Это означает, что, если мы подаем некоторый заряд электричества в замкнутую сверхпроводящую цепь, она сможет сохранять заряд в течение неопределенного срока времени. Электроны будут не останавливаясь двигаться по кругу без потери энергии при сопротивлении, магнитных помех и потери тепла.
Но есть одна серьезная проблема. Все известные настоящее время сверхпроводники должны поддерживаться в определенном состоянии ниже критической температуры и зачастую под влиянием магнитного поля, подавляющего оставшиеся внутренние силы. Пороги температуры в таких случаях невероятно низкие, и поддерживать их очень затратно. Алюминий, например, имеет температурный порог сверхпроводимости -271,95 °С.

Что такое сверхпроводимость?

Образец экзотического сверхпроводящего материала висмута стронция оксида меди кальция (BSCCO-2223)

Физика процесса или совсем простая, или очень сложная, в зависимости от материала. В чистых металлах или металлических сплавах сверхпроводимость появляется, когда атомы охлаждены (замедлены) до такой степени, что электроны не рассеиваются, когда они двигаются сквозь решетку атомов металла. Но, как упоминалось, остановить движение атомов очень трудно. Более сложные материалы могут достигать сверхпроводимости при более высоких температурах (выше криогенных) находятся в пределах квантовой странности, где имеют место переходные взаимодействия между электронными парами.
Это означает, что цепь с бесконечной энергией может существовать только до тех пор, пока мы расходуем энергию на поддержание цепи в сверхпроводящем состоянии, из-за чего теряется смысл такой системы.

Что такое сверхпроводимость?

Первый в мире сверхпроводящий кабель.

Текущие применения сверхпроводников ограничены их температурными требованиями. Аппараты для МРТ чрезвычайно дороги, так как им требуются необычные вещества, такие как жидкий гелий, для охлаждения металлических катушек до того состояния, в котором они могут проводить достаточно электричества, чтобы создавать сильные магнитные поля, необходимые для работы аппарата. Большая часть стоимости Большого адронного коллайдера приходится на подобные расходы.
Именно поэтому ключ не в сверхпроводимости, а в создании нужных условий. Практическое значение будет иметь хотя бы как высокотемпературная сверхпроводимость, не говоря уже о комнатной температуре. Высокой температурой для сверхпроводимости принято считать температуру, подходящую для сверхпроводимости, которую ученые могут создать по приемлемой цене. Как можно было бы применить сверхпроводимость в реальной жизни?

Что такое сверхпроводимость?

Поезда на магнитной подвеске очень логичный выбор почти в каждом случае, если не считать как это дорого.

Возьмем Африку. Что мешает превратить этот солнечный регион в главную электростанцию планеты? Есть две технологические причины. Первая это сбор и хранение солнечной энергии в пустынных районах, а второй возможность передачи энергии по всему миру. С доступным сверхпроводником можно было бы перемещать эту энергию практически в любую точку мира без существенных потерь энергии. Также стало бы возможным создание сверхскоростных поездов на магнитной подвеске. В конце концов, больницы смогли бы получить доступные МРТ-аппараты.

Что такое сверхпроводимость?

Схема внутренних состовляющих сверхпроводящего кабеля Эссен, Германия.

Сейчас мы довольно далеки от таких достижений, но ученые работают над созданием сложных сверхпроводящих материалов. Наиболее эффективными сверхпроводниками на сегодняшний день являются купраты, но даже самые продвинутые из них требуют охлаждения хотя бы до -140 ° C, а их производство в свою очередь сложное и дорогостоящее.  Тем не менее, уже сегодня встречаются работающие сверхпроводящие установки. В немецком городе Эссен недавно установили километровый сверхпроводящий кабель для передачи электроэнергии. В нем используется жидкий азот, охлаждающий кабель до температуры -206 ° C.
Сверхпроводимость – это одно из основных направлений современных исследований академических и промышленных ученых, поэтому вполне возможно, что решение будет найдено в обозримом будущем.

Еще почитать:

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top