Сверхпроводники – материалы будущего
Сверхпроводники как материалы, которые при понижении температуры до определенной проявляют сверхпроводящие свойства, что означает отсутствие электрического сопротивления. Общие сведения о сверхпроводниках и их основных свойств, а также принцип работы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.05.2022 |
| Размер файла | 182,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Сверхпроводники - материалы будущего
Дунаев М.Ю.,
студент 1 курса, энергетический факультет Ростовский государственный университет путей сообщения
г. Ростов-на-Дону
Аннотация
В данной статье даются общие сведения о сверхпроводниках, рассматриваются свойства сверхпроводников, принцип работы сверхпроводников.
Ключевые слова: сверхпроводник, сверхпроводники первого рода, сверхпроводники второго рода, критическая температура.
Abstract
This article provides general information about superconductors, discusses the properties of superconductors, the principle of operation of superconductors.
Keywords: superconductor, type I superconductors, type II superconductors, critical temperature.
Основная часть
сверхпроводник электрический сопротивление
В настоящее время, в условиях замедления темпов технологического прогресса, существует необходимость его ускорения посредством открытия. Одним из таких открытий может быть сверхпроводник, проводящий при комнатной температуре.
Сверхпроводники - материалы, которые при понижении температуры до определенной проявляют сверхпроводящие свойства, что означает отсутствие электрического сопротивления. Вещество переходит в сверхпроводящее состояние в очень маленьком температурном интервале, и поэтому считается, что переход осуществляется при определенной температуре, которая называется критической температурой перехода вещества в сверхпроводящее состояние Критическая температура для разных материалов различна, примеры температур представлены в таблице 1.
Критические температуры сверхпроводимости для разных материалов
|
Материал |
Тс, к |
Материал |
Тс, К |
|
|
ниобий |
9,22 |
рений |
1,7 |
|
|
свинец |
7,22 |
рутений |
0,5 |
|
|
бериллий |
0,026 |
таллий |
4,39 |
|
|
висмут |
6,00 |
вольфрам |
0,012 |
|
|
ртуть |
4,15 |
цинк |
0,9 |
|
|
олово |
3,73 |
Nb3Ge |
23,4 |
Так же сверхпроводники проявляют эффект Мейснера, заключающийся в том, что магнитное поле выталкивается из объема сверхпроводника.
В зависимости от характеристик их делят на сверхпроводники первого и второго рода. Сверхпроводниками первого рода являются чистые металлы, которых насчитывают более 20. Металлы, имеющие хорошую проводимость при нормальных условиях не являются сверхпроводниками (золото, медь, серебро), наоборот, металлы имеющие плохую проводимость при нормальных условиях относятся к сверхпроводникам первого рода (свинец, ртуть, титан). Максимальной критической температурой для сверхпроводников первого рода является 11,2°К. К сверхпроводникам второго рода относятся химические соединения и сплавы металлов. Число сверхпроводников второго рода уже насчитывает более сотни и постоянно увеличивается, так как соединения могут быть не только металлов, относящихся к сверхпроводникам первого рода. Максимальной критической температурой для сверхпроводников второго рода является 18°К.
Широкое применение сверхпроводники нашли в области создания сильных магнитных полей. Современная промышленность делает из сверхпроводников второго рода кабели и провода, используемые для обмоток сверхпроводящих магнитов. С их помощью получают более сильные поля, чем при использовании железных магнитов.
Магниты с использованием сверхпроводников более экономичны. Это обусловлено тем, что для охлаждения магнита требуется меньшее количество ресурсов, чем для охлаждения аналогичного железного магнита. Так же преимущество этих магнитов в том, что они могут работать в короткозамкнутом режиме это обеспечивает не зависящую от времени стабильность поля.
Еще одно применение сверхпроводников - создание подшипников и опор без трения. Если над металлическим кольцом с током поместить сверхпроводящую сферу, то на ее поверхности из-за эффекта Мейснера индуцируется сверхпроводящий ток, что приводит к появлению сил отталкивания между кольцом и сферой, и сфера может повиснуть над кольцом. Подобный же эффект может наблюдаться, если над сверхпроводящим кольцом поместить постоянный магнит. На этом может быть основано создание, например, новых видов транспорта. Речь идет о создании поезда на магнитной подушке, в котором будут полностью отсутствовать потери на трение о колею дороги. Модель такой сверхпроводящей дороги длиной 400 м была построена в Японии еще в 1970-х годах. Расчеты показывают, что поезд на магнитной подушке сможет развивать скорость до 500 км/ч. Такой поезд будет «зависать» над рельсами на расстоянии 2-3 см, что и даст ему возможность разогнаться до указанных скоростей.
Невозможно решить проблемы термоядерной энергетики без использования мощных сверхпроводящих магнитов. Для осуществления управляемого термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития необходимо удерживать в реакционном пространстве горячую тритий - дейтериевую плазму, нагретую до 108 - 109°С. Только сверхпроводящие магниты способны создать поля такой мощности.
В будущем передачу энергии большой мощности можно будет осуществлять с помощью подземных сверхпроводящих кабельных линий. Исследования показали, что по сверхпроводящему кабелю толщиной в руку можно пропускать всю пиковую мощность, вырабатываемую электростанциями США. Из технико-экономического анализа следует, что при передаче энергии большой мощности (порядка 3 - 4 ГВ*А) благодаря малой удельной материалоемкости и меньшей ширине трассы сверхпроводящий кабель будет в 2 - 3 дешевле обычного. При этом он характеризуется большей пропускной способностью и меньшими потерями. Принципиально конструкции сверхпроводящих кабелей постоянного и переменного тока не отличаются друг от друга (рисунок).
Схема сечения сверхпроводящих кабелей трехфазного тока с коаксиальными парами проводников постоянного тока с концентрически расположенными проводниками: 1 - вакуумированное пространство; 2 - каналы для жидкого азота; 3 - термостатирующая изоляция; 4 - каналы для жидкого гелия; 5 - сверхпроводники; 6 - электрическая изоляция
Таким образом, сверхпроводники, работающие при температуре выше критической, становятся все реальнее, а значит, продвижение технического прогресса все ближе и ближе.
Литература
1. А.А. Абрикосов, Основы теории металлов. - М.: Наука, 1987
2. Дж. Шриффер, Теория сверхпроводимости. - М.: Наука, 1970
3. Де. Жен, Сверхпроводимость металлов и сплавов. - М.: Мир, 1968
4. Электронный источник - статья «Перспективы использования сверхпроводящих материалов». URL: http://uas.su/books/newmaterial/323/razdel323.php 18.03.2021
5. Электронный источник - статья «Сверхпроводники». URL: https://clck.ru/FQgxH 17.03.2021
6. Электронный источник - статья «Применение сверхпроводников». URL: https://clck.ru/FQgvp 18.03.2021
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сверхпроводники. У начала пути. Сверхпроводники первого второго рода. Абрикосовские вихри. Свойства сверхпроводников. Микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина - Купера - Шриффера (БКШ) и Боголюбова. Теория Гинзбурга - Ландау.
курсовая работа [60,1 K], добавлен 24.04.2003Понятие сверхпроводников и их отличия. Основные моменты их окрытия и исследования. Особенности поведения сопротивления в зависимости от температуры. Определение критической температуры и магнитного поля. Классификация и примеры сверхпроводников.
презентация [0 b], добавлен 12.03.2013Обращение в нуль электрического сопротивления постоянному току и выталкивание магнитного поля из объема. Изготовление сверхпроводящего материала. Промежуточное состояние при разрушении сверхпроводимости током. Сверхпроводники первого и второго рода.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 24.07.2010Сверхпроводники и возможности их применения в электротехнике. Зависимость пробивного напряжения в твердом диэлектрике от температуры и частоты. Поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость. Нагревостойкость твердых и жидких диэлектриков.
реферат [968,8 K], добавлен 12.02.2013Методы получения высокотемпературных сверхпроводников. Псевдощель и фазовая диаграмма. Аномалии физических свойств, связываемые в настоящее время с образованием псевдощелевого состояния. Экспериментальная установка для измерения электросопротивления.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 14.03.2012Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления. Автоматические компенсационные приборы для работы с малоомными термометрами сопротивления. Общие сведения об автоматических уравновешенных мостах. Логометры.
реферат [513,9 K], добавлен 27.02.2009Классификация электротехнических материалов. Энергетические уровни. Проводники. Диэлектрические материалы. Энергетическое отличие металлических проводников от полупроводников и диэлектриков. Полупроводниковые материалы. Магнитные материалы и магнетизм.
реферат [1022,4 K], добавлен 15.04.2008Сведения по объекту монтажа и принципиальная схема технологического процесса с описанием ее работы. Техника безопасности при обслуживании трансформатора и электроаппаратов. Электромонтажные материалы, классификация электропроводок и материалы их защиты.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 26.09.2011История открытия сверхпроводников, отличие их от идеальных проводников. Эффект Мейснера. Применение макроскопического квантового явления. Свойства и применение магнитов. Использование в медицине медико-диагностической процедуры как электронной томографии.
презентация [7,4 M], добавлен 18.04.2016Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.
презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013Описание полупроводников, характеристика их основных свойств. Физические основы электронной проводимости. Строение кристалла кремния. Направленное движение электронов и дырок под действием электрического поля, p-n переход. Устройство транзисторов.
презентация [2,4 M], добавлен 20.04.2016Общее понятие про магниты редкоземельные. Материалы, используемые для производства постоянных магнитов. Современные магнитные материалы. Формулы для расчета постоянных магнитов. Вентильный электродвигатель: статор, ротор, принцип работы, управление.
реферат [127,6 K], добавлен 25.06.2012Роль и значение трансформатора, его конструктивные части и принцип действия. Характеристика трансформатора тока типа ТФН, электротехнические материалы, применяемые для его изготовления. Свойства меди и электротехнической стали, трансформаторная бумага.
реферат [222,2 K], добавлен 29.03.2012Понятие электропроводности металлов, ее сущность, особенности. Гипотезы о существовании электронных газов в металлах и опыты, подтверждающие их. Проводники характерные свойства. Материалы, обладающие высокой проводимостью, их обоснование и характеристика.
лекция [300,8 K], добавлен 21.02.2009Принцип работы трансформатора и материалы, применяемые при его изготовлении. Выбор магнитопровода, обмоток и полного тока первичной обмотки. Расчет тока и напряжения холостого хода. Определение температуры перегрева и суммарных потерь в меди и стали.
курсовая работа [5,0 M], добавлен 12.12.2012История развития сверхпроводников. Создание генераторов переменного тока и магнитно-резонансного томографа на основе использования сверхпроводящего магнита. Применение высокотемпературных сверхпроводников. Внедрение ВТСП в вычислительную технику.
презентация [1,0 M], добавлен 22.01.2016Открытие сверхпроводников, эффект Мейснера, высокотемпературная сверхпроводимость, сверхпроводящий бум. Синтез высокотемпературных сверхпроводников. Применение сверхпроводящих материалов. Диэлектрики, полупроводники, проводники и сверхпроводники.
курсовая работа [851,5 K], добавлен 04.06.2016Основные сведения о температуре и температурных шкалах, возможность проводить измерение. Использование на практике термометров и требования к средствам измерений, входящих в состав государственных эталонов соответствующих диапазонов температуры.
реферат [19,7 K], добавлен 27.03.2009История открытия сверхпроводников, их классификация. Фазовый переход в сверхпроводящее состояние. Научные теории, описывающие это явление и опыты, его демонстрирующие. Эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости в ускорителях, медицине, на транспорте.
курсовая работа [77,2 K], добавлен 04.04.2014Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков в зависимости от напряженности внешнего электрического поля и температуры осциллографическим методом. Определение и основные группы сегнетоэлектриков, их особые свойства и способы измерений.
лабораторная работа [630,9 K], добавлен 04.06.2009
