Сверхпроводимость

Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов проводить электрический ток без затухания(переход части энергии упорядоченных процессов в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту), сопровождающееся одновременным полным или частичным вытеснением магнитного поля из объёма сверхпроводника

Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании. Выталкивание магнитного поля также отличает сверхпроводимость и от других мезоскопических (раздел физики конденсированных сред, в котором рассматриваются свойства систем на масштабах промежуточных между макроскопическим и микроскопическим.) явлений, протекающих без диссипации энергии,

Виды

1.Сверхпроводники I рода

• Полностью вытесняют магнитное поле.
• Обычно это простые металлы (например, ртуть).

в основом во всем контексте будет упомянута информация об 1 типе сверхпроводников.

2.Сверхпроводники II рода

• Допускают проникновение магнитного поля в виде вихрей (вихревое состояние).
• Высокотемпературные сверхпроводники (например, купраты).

Однако в связи с тем, что магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости, для получения сильных магнитных полей применяются так называемых сверхпроводники II рода, в которых возможно сосуществование сверхпроводимости и магнитного поля.

В таких сверхпроводниках магнитное поле вызывает появление тонких нитей нормального металла, пронизывающих образец, каждая из которых несёт квант магнитного потока.

Причины

Сверхпроводники обладают нулевым электрическим сопротивлением при температурах ниже определённого значения критической температуры. Известны несколько сотен соединений, чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние.

Эффект Мейснера

Даже более важным свойством сверхпроводника, чем нулевое электрическое сопротивление, является так называемый эффект Мейснера, заключающийся в вытеснении постоянного магнитного поля из сверхпроводника. Из этого экспериментального наблюдения делается вывод о существовании незатухающих токов вблизи поверхности сверхпроводника, которые создают внутреннее магнитное поле, противоположно направленное внешнему, приложенному магнитному полю и компенсирующее его.

Это свойство делает возможным магнитную левитацию.

Теоритический

стало очевидно, что сверхпроводимость является следствием объединения макроскопического числа электронов проводимости в единое квантовомеханическое состояние(любое возможное состояние, в котором может находиться квантовая систем). Особенностью связанных в такой ансамбль электронов является то, что они не могут обмениваться энергией с решёткой малыми порциями, меньшими, чем их энергия связи в ансамбле. Это означает, что при движении электронов в кристаллической решётке не изменяется энергия электронов, и вещество ведёт себя как сверхпроводник с нулевым сопротивлением.

Применение

На базе металлокерамики, например, состава YBa2Cu3Ox, получены вещества, для которых температура Тc перехода в сверхпроводящее состояние превышает 77 К

К сожалению, практически все высокотемпературные сверхпроводники не технологичны (хрупки, не обладают стабильностью свойств и т. д.), вследствие чего в технике до сих пор применяются в основном сверхпроводники на основе сплавов ниобия.

Явление сверхпроводимости используется для получения сильных магнитных полей , поскольку при прохождении по сверхпроводнику сильных токов, создающих сильные магнитные поля, отсутствуют тепловые потери

Отсутствие потерь на нагревание при прохождении постоянного тока через сверхпроводник делает привлекательным применение сверхпроводящих кабелей для доставки электричества, так как один тонкий подземный кабель способен передавать мощность, которая традиционным методом требует создания цепи линии электропередач с несколькими кабелями много большей толщины.

Проблемами, препятствующими широкому использованию, является стоимость кабелей и их обслуживания — через сверхпроводящие линии необходимо постоянно прокачивать жидкий азот.

Также приминаеться в:

• МРТ (Магнитно-резонансная томография)
• Энергетика
• Транспорт (по типу поездов на магнитных подушках)
• Адронные колайдеры
• Квантовые компьютеры

Сверхпроводимость остаётся одной из наиболее активных и перспективных областей исследований в физике. Учёные работают над поиском новых материалов, которые могли бы становиться сверхпроводящими при комнатной температуре, что могло бы привести к революции в технологиях.