Што ако...добиеме суперпроводници со висока температура? Врски на надеж
Далноводи без загуби, електротехника со ниски температури, суперелектромагнети, конечно нежно компресија на милиони степени на плазма во термонуклеарни реактори, тивка и брза маглев железница. Имаме толку многу надежи за суперпроводници...
Суперспроводливост се нарекува материјалната состојба на нулта електричен отпор. Ова се постигнува кај некои материјали на многу ниски температури. Тој го откри овој квантен феномен Камерлинг Онес (1) во жива, во 1911 година. Класичната физика не успева да го опише. Покрај нулта отпорност, уште една важна карактеристика на суперпроводниците е турнете го магнетното поле од неговиот волументаканаречениот Мајснер ефект (кај суперпроводниците од типот I) или фокусирањето на магнетното поле во „вртежи“ (кај суперпроводниците од типот II).
Повеќето суперпроводници работат само на температури блиску до апсолутна нула. Се известува дека е 0 Келвини (-273,15 °C). Движењето на атомите на оваа температура речиси и да не постои. Ова е клучот за суперпроводниците. Како и обично електрони се движат во проводникот се судираат со други вибрирачки атоми, што предизвикува губење на енергија и отпор. Сепак, знаеме дека суперспроводливоста е можна на повисоки температури. Постепено, откриваме материјали кои го покажуваат овој ефект на помал минус Целзиусов, а неодамна дури и на плус. Сепак, ова повторно обично се поврзува со примена на екстремно висок притисок. Најголемиот сон е да се создаде оваа технологија на собна температура без огромен притисок.
Физичката основа за појавата на состојбата на суперспроводливост е формирање на парови грабачи на товар - т.н Купер. Таквите парови можат да настанат како резултат на соединување на два електрони со слични енергии. Ферми енергија, т.е. најмалата енергија со која ќе се зголеми енергијата на фермионскиот систем по додавањето на уште еден елемент, дури и кога енергијата на интеракцијата меѓу нив е многу мала. Ова ги менува електричните својства на материјалот, бидејќи единечните носители се фермиони, а паровите се бозони.
Соработувајте затоа, тоа е систем од два фермиони (на пример, електрони) кои комуницираат еден со друг преку вибрации на кристалната решетка, наречени фонони. Феноменот е опишан Леона соработува во 1956 година и е дел од BCS теоријата за нискотемпературна суперспроводливост. Фермионите кои го сочинуваат парот Купер имаат полувртења (кои се насочени во спротивни насоки), но добиениот спин на системот е полн, односно парот Купер е бозон.
Суперпроводници на одредени температури се некои елементи, на пример, кадмиум, калај, алуминиум, иридиум, платина, други поминуваат во состојба на суперспроводливост само при многу висок притисок (на пример, кислород, фосфор, сулфур, германиум, литиум) или во форма на тенки слоеви (волфрам, берилиум, хром), а некои можеби сè уште не се суперспроводливи, како што се среброто, бакарот, златото, благородните гасови, водородот, иако златото, среброто и бакарот се меѓу најдобрите проводници на собна температура.
„Високата температура“ сепак бара многу ниски температури
Во 1964 година Вилијам А. Малку предложи можност за постоење на високотемпературна суперспроводливост во органски полимери. Овој предлог се заснова на спарување на електрони посредувано од ексцитон за разлика од спарувањето посредувано од фонон во BCS теоријата. Терминот „високотемпературни суперпроводници“ се користи за да се опише новото семејство на перовскитска керамика откриено од Јоханес Г. Беднорц и Ц.А. Милер во 1986 година, за што ја добија и Нобеловата награда. Овие нови керамички суперпроводници (2) беа направени од бакар и кислород помешани со други елементи како што се лантан, бариум и бизмут.
2. Керамичка плоча лебди над моќни магнети
Од наша гледна точка, суперспроводливоста на „висока температура“ сè уште беше многу ниска. За нормални притисоци, границата беше -140°C, па дури и таквите суперпроводници беа наречени „високи температури“. Температурата на суперспроводливост од -70°C за водород сулфид е постигната при екстремно високи притисоци. Сепак, суперпроводниците со висока температура бараат релативно евтин течен азот наместо течен хелиум за ладење, што е од суштинско значење.
Од друга страна, претежно е кршлива керамика, не многу практична за употреба во електрични системи.
Научниците се уште веруваат дека постои подобра опција која чека да биде откриена, прекрасен нов материјал кој ќе ги исполни критериумите како што се суперспроводливост на собна температураприфатлива и практична за употреба. Некои истражувања се фокусираа на бакар, комплексен кристал кој содржи слоеви од бакар и атоми на кислород. Истражувањата продолжуваат за некои аномални, но научно необјасниви извештаи дека графитот натопен со вода може да дејствува како суперпроводник на собна температура.
Последните години беа вистински прилив на „револуции“, „пробиви“ и „нови поглавја“ во областа на суперспроводливоста на повисоки температури. Во октомври 2020 година, беше пријавена суперспроводливост на собна температура (на 15°C). јаглерод дисулфид хидрид (3), сепак, при многу висок притисок (267 GPa) генериран од зелениот ласер. Светиот грал, кој би бил релативно евтин материјал кој би бил суперпроводлив на собна температура и нормален притисок, допрва треба да се најде.
3. Материјал на база на јаглерод кој е суперпроводлив на 15°C.
Зора на магнетното доба
Набројувањето на можните примени на високотемпературните суперпроводници може да започне со електроника и компјутерска технологија, логички уреди, мемориски елементи, прекинувачи и врски, генератори, засилувачи, забрзувачи на честички. Следно на листата: високо чувствителни уреди за мерење магнетни полиња, напони или струи, магнети за Медицински апарати за МНР, уреди за складирање на магнетна енергија, левитирачки возови со куршуми, мотори, генератори, трансформатори и далноводи. Главните предности на овие суперспроводливи уреди од соништата ќе бидат ниска дисипација на моќност, работа со голема брзина и екстремна чувствителност.
за суперпроводници. Има причина зошто често се градат електрани во близина на прометни градови. Дури и 30 проценти. создадени од нив Електрична енергија може да се изгуби на далноводи. Ова е чест проблем со електричните апарати. Најголем дел од енергијата оди на топлина. Затоа, значителен дел од површината на компјутерот е резервиран за делови за ладење кои помагаат да се троши топлината што се создава од кола.
Суперпроводниците го решаваат проблемот со загубите на енергија за топлина. Како дел од експериментите, научниците, на пример, успеваат да заработат за живот електрична струја внатре во суперспроводливиот прстен повеќе од две години. И ова е без дополнителна енергија.
Единствената причина зошто струјата престана беше затоа што немаше пристап до течен хелиум, а не затоа што струјата не можеше да продолжи да тече. Нашите експерименти нè наведуваат да веруваме дека струите во суперспроводливите материјали можат да течат стотици илјади години, ако не и повеќе. Електричната струја во суперпроводниците може да тече вечно, пренесувајќи ја енергијата бесплатно.
в нема отпор огромна струја би можела да тече низ суперспроводливата жица, која пак генерира магнетни полиња со неверојатна моќност. Тие можат да се користат за левитирање на маглев возови (4), кои веќе можат да достигнат брзина до 600 км/ч и се базираат на суперспроводливи магнети. Или користете ги во електрани, заменувајќи ги традиционалните методи во кои турбините се вртат во магнетни полиња за да генерираат електрична енергија. Моќните суперспроводливи магнети би можеле да помогнат во контролата на реакцијата на фузија. Суперспроводлива жица може да дејствува како идеален уред за складирање на енергија, наместо како батерија, а потенцијалот во системот ќе биде зачуван илјада и милион години.
Во квантните компјутери, можете да течете во насока на стрелките на часовникот или спротивно од стрелките на часовникот во суперпроводник. Моторите на бродови и автомобили би биле десет пати помали отколку што се денес, а скапите медицински дијагностички апарати за магнетна резонанца би се сместиле на дланка. Собрана од фармите во огромните пустински пустини низ светот, сончевата енергија може да се складира и пренесе без никаква загуба.
4. Јапонски воз маглев
Според физичарот и познат популаризатор на науката, Какутехнологиите како што се суперпроводниците ќе воведат нова ера. Ако сè уште живеевме во ерата на електрична енергија, суперпроводниците на собна температура би ја донеле со себе ерата на магнетизмот.
