Сверхпроводник
Сверхпроводник - это вещество, которое проводит электричество без сопротивления, когда оно становится холоднее "критической температуры". При этой температуре электроны могут свободно перемещаться по материалу. Сверхпроводники отличаются от обычных проводников, даже очень хороших. Обычные проводники теряют свое сопротивление медленно, по мере того как они становятся холоднее. В отличие от них, сверхпроводники теряют свое сопротивление сразу. Это пример фазового перехода. Сильные магнитные поля разрушают сверхпроводимость и восстанавливают обычное проводящее состояние.
Обычно магнит, движущийся по проводнику, вызывает токи в проводнике за счет электромагнитной индукции. Но сверхпроводник фактически полностью выталкивает магнитные поля, вызывая поверхностные токи. Вместо того чтобы пропускать магнитное поле, сверхпроводник действует как магнит, направленный в противоположную сторону, который отталкивает настоящий магнит. Это называется эффектом Мейсснера, и его можно продемонстрировать, левитируя сверхпроводник над магнитами или наоборот.
Магнит, левитирующий над высокотемпературным сверхпроводником, охлаждаемым жидким азотом. На поверхности сверхпроводника течет постоянный электрический ток. Это исключает магнитное поле магнита (закон индукции Фарадея). По сути, ток образует электромагнит, который отталкивает магнит.
История сверхпроводников
| 1911 | сверхпроводимость, открытая Хайке Камерлинг Оннес |
| 1933 | эффект Майсснера, открытый Уолтером Майсснером и Робертом Оксенфельдом |
| 1957 | теоретическое объяснение сверхпроводимости, выдвинутое Джоном Бардином, Леоном Купером и Джоном Шриффером (теория БКС) |
| 1962 | туннелирование сверхпроводящих куперовских пар через изолирующий барьер предсказано |
| 1986 | Керамический сверхпроводник был открыт Алексом Мюллером и Георгом Беднорцем. Керамика обычно является изолятором. Соединение лантана, бария, меди и кислорода с критической температурой 30К. Открыло возможности для создания новых сверхпроводников. |
Приложения
- Сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство (SQUID)
- Ускорители частиц
- Ускорители малых частиц в здравоохранении
- Левитирующие поезда
- Ядерный синтез
- МРТ-сканер
Вопросы и ответы
В: Что такое сверхпроводник?
О: Сверхпроводник - это вещество, которое проводит электричество без сопротивления, когда оно становится холоднее "критической температуры". При этой температуре электроны могут свободно перемещаться по материалу.
В: Чем сверхпроводник отличается от обычного проводника?
О: Обычные проводники теряют свое сопротивление (становятся более проводящими) медленно, по мере того, как они становятся холоднее. В отличие от них, сверхпроводники теряют свое сопротивление сразу. Это пример фазового перехода.
В: Каковы некоторые примеры сверхпроводников?
О: Примерами сверхпроводников являются металлы ртуть и свинец, керамика и органические углеродные нанотрубки.
В: Как магнит, движущийся мимо проводника, влияет на него?
О: Обычно магнит, движущийся по проводнику, вызывает токи в проводнике за счет электромагнитной индукции. Но сверхпроводник фактически полностью выталкивает магнитные поля, индуцируя поверхностные токи.
В: Что такое эффект Мейсснера?
О: Эффект Мейсснера - это когда вместо того, чтобы пропускать магнитное поле, сверхпроводник действует как магнит, направленный в противоположную сторону, что отталкивает настоящий магнит. Это можно продемонстрировать, левитируя сверхпроводник над магнитами или наоборот.
В: Высокое магнитное поле разрушает или усиливает сверхпроводимость?
О: Высокие магнитные поля разрушают сверхпроводимость и восстанавливают нормальное проводящее состояние.
