Что такое сверхпроводник:типы, материалы и свойства

Есть два типа материалов, таких как металлы и изоляторы. Металлы позволяют течь электронам и переносят с собой электрический заряд, например серебро, медь и т. Д., Тогда как изоляторы удерживают электроны, и они не позволяют течь электронам, как дерево, резина и т. Д. В 20-м веке новые лабораторные методы были разработаны физикам охладить материалы до нулевой температуры. Он начал исследовать некоторые элементы, чтобы узнать, как изменится электричество в таких условиях, как свинец и ртуть, поскольку они проводят электричество при определенной температуре без сопротивления. Они обнаружили такое же поведение в нескольких соединениях, например, от керамики до углеродных нанотрубок. В этой статье обсуждается обзор сверхпроводника.

Что такое сверхпроводник?

Определение: Материал, который может проводить электричество без сопротивления, известен как сверхпроводник. В большинстве случаев в некоторых материалах, таких как соединения, в остальном металлические элементы обладают некоторым сопротивлением при комнатной температуре, хотя они обладают низким сопротивлением при такой температуре, которая называется ее критической температурой.

Поток электронов от атома к атому часто осуществляется с использованием определенных материалов после достижения критической температуры, поэтому материал можно назвать сверхпроводящим материалом. Они используются во многих областях, таких как магнитно-резонансная томография и медицина. Большинство материалов, доступных на рынке, не являются сверхпроводящими. Таким образом, они должны быть в состоянии с очень низкой энергией, чтобы превратиться в сверхпроводящие. Текущие исследования сосредоточены на разработке соединений, которые превращаются в сверхпроводящие при высоких температурах.

Типы сверхпроводников

Сверхпроводники подразделяются на два типа:тип I и тип II.

Сверхпроводник первого типа

Этот вид сверхпроводника включает в себя основные проводящие части, которые используются в различных областях, от электрических кабелей до микрочипов на компьютере. Эти типы сверхпроводников очень просто теряют свою сверхпроводимость, когда они помещаются в магнитное поле с критическим магнитным полем (Hc). После этого он станет похож на дирижера. Эти типы полупроводников также называют мягкими сверхпроводниками из-за потери сверхпроводимости. Эти сверхпроводники полностью подчиняются эффекту Мейснера. Примеры сверхпроводников цинк и алюминий.

Сверхпроводник типа II

Этот вид сверхпроводника будет терять свою сверхпроводимость медленно, но не просто так, как он расположен во внешнем магнитном поле. Когда мы наблюдаем графическое представление зависимости намагниченности от магнитного поля, когда полупроводник второго типа помещается в магнитное поле, он медленно теряет свою сверхпроводимость.

Этот тип полупроводников начнет терять свою сверхпроводимость в менее значительном магнитном поле и полностью потеряет свою сверхпроводимость в более высоком критическом магнитном поле. Состояние между более слабым критическим магнитным полем и более высоким критическим магнитным полем называется промежуточным состоянием, иначе вихревым состоянием.

Этот тип полупроводников также называют жесткими сверхпроводниками из-за того, что они медленно, а не просто теряют свою сверхпроводимость. Эти полупроводники будут подчиняться эффекту Мейснера, но не полностью. Лучшими примерами из них являются NbN и Babi3. Эти сверхпроводники применимы для создания сверхпроводящих магнитов с сильным полем.

Сверхпроводящие материалы

Мы знаем, что доступно множество материалов, некоторые из которых будут сверхпроводящими. За исключением ртути, исходные сверхпроводники - это металлы, полупроводники и т. Д. Любой материал превратится в сверхпроводник при небольшой разной температуре

Основная проблема, связанная с использованием большинства этих материалов, заключается в том, что они будут иметь сверхпроводимость в нескольких градусах от полного нуля. Это означает любую выгоду, которую вы получаете от отсутствия сопротивления; вы почти наверняка проиграете, если включите их охлаждение в основном месте.

Электростанция, которая снабжает ваш дом электричеством по нисходящим сверхпроводящим проводам, будет очень шумно. Таким образом, вы сэкономите огромное количество истощенной энергии. Однако, если вы хотите охладить огромные детали и все провода передачи на заводе до нуля, возможно, вы потратите больше энергии.

Свойства сверхпроводника

Сверхпроводящие материалы демонстрируют удивительные свойства, которые необходимы для современных технологий. Исследования этих свойств все еще продолжаются, чтобы выявить и использовать эти свойства в различных областях, перечисленных ниже.

• Бесконечная проводимость / нулевое электрическое сопротивление
• Эффект Мейснера
• Температура перехода / критическая температура
• Джозефсоновские течения
• Критический текущий
• Постоянные течения

Бесконечная проводимость / нулевое электрическое сопротивление

В состоянии сверхпроводимости сверхпроводящий материал демонстрирует нулевое электрическое сопротивление. Когда материал охлаждается до температуры перехода, его сопротивление внезапно снижается до нуля. Например, Меркурий показывает нулевое сопротивление ниже 4 кОм.

Эффект Мейснера

Когда сверхпроводник охлаждается до критической температуры, он не позволяет магнитному полю проходить в нем. Это явление в сверхпроводниках известно как эффект Мейснера.

Температура перехода

Эта температура также известна как критическая температура. Когда критическая температура сверхпроводящего материала меняет проводящее состояние с нормального на сверхпроводящее.

Джозефсон Каррент

Если два сверхпроводника разделить с помощью тонкой пленки в изоляционном материале, то он образует соединение низкого сопротивления, чтобы найти электроны с медной парой. Он может туннелировать от одной поверхности стыка к другой поверхности. Таким образом, ток из-за потока медных пар известен как ток Джозефсона.

Критическое значение

Когда ток проходит через проводник в условиях сверхпроводимости, может развиваться магнитное поле. Если ток увеличивается сверх определенной скорости, то магнитное поле может усиливаться, что эквивалентно критическому значению проводника, при котором оно возвращается в свое обычное состояние. Поток текущего значения известен как критический ток.

Постоянные течения

Если сверхпроводящее кольцо расположено в магнитном поле с температурой выше критической, в настоящее время сверхпроводящее кольцо охлаждают до его критической температуры. Если исключить это поле, то внутри кольца может возникнуть ток из-за его самоиндукции. Согласно закону Ленца, индуцированный ток препятствует изменению потока, протекающего через кольцо. Когда кольцо помещается в сверхпроводящее состояние, тогда поток тока будет индуцироваться для продолжения потока тока, называемого постоянным током. Этот ток генерирует магнитный поток, заставляющий его течь через постоянное кольцо.

Разница между полупроводником и сверхпроводником

Разница между полупроводником и сверхпроводником обсуждается ниже.

Полупроводник	Сверхпроводник
Удельное сопротивление полупроводника конечно	Удельное сопротивление сверхпроводника равно нулевому удельному электрическому сопротивлению
В этом случае отталкивание электронов приводит к конечному сопротивлению.	В этом случае притяжение электронов приводит к потере сопротивления
Сверхпроводники не обладают идеальным диамагнетизмом	Сверхпроводники демонстрируют идеальный диамагнетизм
Энергетическая щель сверхпроводника составляет порядка нескольких эВ.	Энергетическая щель сверхпроводников составляет порядка 10-4 эВ.
Квантование потока в сверхпроводниках составляет 2e единиц.	Единица измерения сверхпроводника - эл.

Приложения Super Conductor

Применение сверхпроводников включает следующее.

• Они используются в генераторах, ускорителях частиц, транспорте, электродвигателях, вычислительной технике, медицине, передаче энергии и т. д.
• Сверхпроводники в основном используются для создания мощных электромагнитов в сканерах МРТ. Итак, они используются для разделения. Их также можно использовать для разделения магнитных и немагнитных материалов.
• Этот проводник используется для передачи энергии на большие расстояния.
• Используется в памяти или элементах хранения.

Часто задаваемые вопросы

1). Почему сверхпроводники должны быть холодными?

Обмен энергией сделает материал более горячим. Таким образом, делая полупроводник холодным, требуется меньшее количество энергии, чтобы примерно сбить электроны.

2). Золото - это сверхпроводник?

Лучшие проводники при комнатной температуре - золото, медь и серебро вообще не превращаются в сверхпроводящие.

3). Возможен ли сверхпроводник при комнатной температуре?

Сверхпроводник при комнатной температуре способен демонстрировать сверхпроводимость при температуре около 77 градусов по Фаренгейту

4). Почему в сверхпроводниках нет сопротивления?

В сверхпроводнике электрическое сопротивление неожиданно падает до нуля из-за вибраций, и дефекты атомов должны вызывать сопротивление внутри материала, пока электроны проходят через него

5). Почему сверхпроводник - идеальный диамагнетик?

Когда сверхпроводящий материал находится в магнитном поле, он выталкивает магнитный поток из своего тела. При охлаждении ниже критической температуры он показывает идеальный диамагнетизм.

Итак, это все о сверхпроводнике. Сверхпроводник может проводить электричество, иначе переносить электроны от одного атома к другому без сопротивления. Вот вам вопрос, каковы примеры сверхпроводников?
.