Superconductor | substanță care conduce electricitatea fără rezistență
Un supraconductor este o substanță care conduce electricitatea fără rezistență atunci când devine mai rece decât o "temperatură critică". La această temperatură, electronii se pot deplasa liber prin material. Superconductorii sunt diferiți de conductorii obișnuiți, cum ar fi cuprul. Conductorii obișnuiți își pierd rezistența (devin mai conductori) încet pe măsură ce se răcesc. În schimb, supraconductorii își pierd rezistența dintr-o dată. Acesta este un exemplu de tranziție de fază. Câmpurile magnetice înalte distrug supraconductibilitatea și restabilesc starea normală de conductivitate. Câteva exemple de supraconductori sunt metalele mercur și plumb, ceramica și nanotuburile organice de carbon.
În mod normal, un magnet care se deplasează pe lângă un conductor produce curenți în conductor prin inducție electromagnetică. Dar un supraconductor împinge de fapt câmpurile magnetice în întregime prin inducerea unor curenți de suprafață. În loc să lase câmpul magnetic să treacă prin el, supraconductorul se comportă ca un magnet îndreptat în direcția opusă, care respinge magnetul real. Acest lucru se numește efectul Meissner și poate fi demonstrat prin levitarea unui supraconductor peste magneți sau invers.
Un magnet care levitează deasupra unui supraconductor de înaltă temperatură, răcit cu azot lichid. Pe suprafața supraconductorului circulă un curent electric persistent. Acesta exclude câmpul magnetic al magnetului (legea inducției lui Faraday). De fapt, curentul formează un electromagnet care respinge magnetul
Explicație
Fizicienii explică supraconductivitatea prin descrierea a ceea ce se întâmplă atunci când temperaturile se răcesc. Energia termică dintr-un solid sau lichid agită atomii, astfel încât aceștia vibrează aleatoriu, dar acest lucru se reduce pe măsură ce temperatura scade. Electronii poartă aceeași sarcină electrică negativă, ceea ce îi face să se respingă reciproc. La temperaturi mai ridicate, fiecare electron se comportă ca și cum ar fi o particulă liberă. Există totuși o atracție foarte slabă între electroni atunci când aceștia se află într-un solid sau lichid. La distanțe destul de mari ( la multe sute de nanometri distanță) și la temperaturi scăzute (aproape de zero absolut), efectul de atracție și lipsa de energie termică permite perechilor de electroni să stea împreună. Aceasta se numește pereche cooper și este o cvasiparticulă , adică se comportă ca și cum ar fi un nou tip de particulă în sine, chiar dacă este formată din doi electroni fundamentali. În același spațiu de dimensiuni nanometrice pot exista mai multe perechi de cooperare suprapuse. Deoarece electronii împerecheați constituie un boson, mișcările tuturor perechilor de cooper dintr-un singur supraconductor se sincronizează și funcționează ca și cum ar fi o singură entitate. Micile perturbații, cum ar fi împrăștierea electronilor, sunt interzise în această stare și se deplasează ca unul singur, fără a întâmpina rezistență la mișcare. Prin urmare, este acum un supraconductor.
Istoria supraconductorilor
| 1911 | supraconductibilitatea descoperită de Heike Kamerlingh Onnes | |
| 1933 | efectul Meissner descoperit de Walter Meissner și Robert Ochsenfeld | |
| 1957 | explicație teoretică a supraconductibilității prezentată de John Bardeen, Leon Cooper și John Schrieffer (teoria BCS) | |
| 1962 | tunelarea perechilor supraconductoare Cooper prin bariera izolatoare prezisă | |
| 1986 | Un supraconductor ceramic a fost descoperit de Alex Müller și Georg Bednorz. Ceramica este în mod normal un izolator. Un compus de lantan, bariu, cupru și oxigen cu o temperatură critică de 30K. A deschis posibilități pentru noi supraconductori. | |
| 2020 | S-a descoperit un supraconductor care funcționează la temperatura camerei |
Aplicații
- Dispozitiv de interferență cuantică supraconductor (SQUID)
- Acceleratoare de particule
- Acceleratoarele de particule mici în domeniul sănătății
- Trenuri care levitează
- Fuziunea nucleară
- Scaner RMN
- Ect.
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este un supraconductor?
R: Un supraconductor este o substanță care conduce electricitatea fără rezistență atunci când devine mai rece decât o "temperatură critică". La această temperatură, electronii se pot deplasa liber prin material.
Î: Prin ce se deosebește un supraconductor de un conductor obișnuit?
R: Conductorii obișnuiți își pierd rezistența (devin mai conductori) încet pe măsură ce se răcesc. În schimb, supraconductorii își pierd rezistența dintr-o dată. Acesta este un exemplu de tranziție de fază.
Î: Care sunt câteva exemple de supraconductori?
R: Unele exemple de supraconductori sunt metalele mercur și plumb, ceramica și nanotuburile organice de carbon.
Î: Cum îl afectează un magnet care se deplasează lângă un conductor?
R: În mod normal, un magnet care se deplasează lângă un conductor produce curenți în conductor prin inducție electromagnetică. Dar un supraconductor împinge de fapt câmpurile magnetice în întregime prin inducerea unor curenți de suprafață.
Î: Ce este efectul Meissner?
R: Efectul Meissner se produce atunci când, în loc să lase câmpul magnetic să treacă, supraconductorul se comportă ca un magnet îndreptat în sens opus, care respinge magnetul real. Acest lucru poate fi demonstrat prin levitația unui supraconductor peste magneți sau invers.
Î: Un câmp magnetic ridicat distruge sau îmbunătățește supraconductibilitatea?
R: Câmpurile magnetice înalte distrug supraconductivitatea și restabilesc starea normală de conductivitate.
