Навигация
8.2. Критичний струм.
У надпровідників 1-го роду критичний струм Ic, при якому надпровідність руйнується, співпадає із струмом, що створює на поверхні зразка магнітне поле Н = Нс (правило Сильсбі). Наприклад, для циліндрового зразка радіусу r магнітне поле на його бічній поверхні пов'язане з поточним струмом співвідношенням:
.
Для надпровідників другого роду правило Сильсбі непридатно. Критичний струм в надпровідниках 2-го роду незвичайно чутливий до структури зразка і у одного і того ж матеріалу може мінятися на декілька порядків величини.
8.3. Критична температура.
Розглянемо, в яких межах міняється Тк . У елементарних надпровідників, включаючи елементи, що виявляють надпровідність при високому тиску, мінімальне значення Ткмає вольфрам: Тк = 0,015 К, максимальне - ніобій: Тк = 9,25 К. У сплавів Тк має істотно вищі значення: V3Ga - 14,5 K, V3Si - 17 K, Nb3Sn - 18 K, Nb3Al – 8 К, Ge0,2 - 20,7 K. Рекордне значення Тс до 1986 року мало з'єднання Nb3Ge - 23,2 K. У нещодавно синтезованих вуглецевих кластерів - фулеренов, легованих калієм, K3C60, Тс = 20 К. Прі легуванні фулеренов цезієм і рубідієм (CsC60 і PbC60) Тс підвищується до 30 К.
Цікаво відзначити, що до 1986 року існувало думка, що високотемпературна надпровідність (при температурах вище за температуру кипіння рідкого азоту) неможлива. Тому відкриття Беднорцем і Мюллером в 1986 році надпровідності у керамік La2 - xBaxCuО4 з Тк = 35 K і La2 - xSrxCuO4 з Тк = 40 K з'явилося справжньою сенсацією. Незабаром після цього відкриття були синтезовані кераміки YBa2Cu3O7 - x з Тк = 90 K, Bi2Sr2CaCu2O8 з Тк = 110 K, Tl2Ba2CaCu2O8 з Тк = 125 K. У найостанніший час синтезовано з'єднання HgBa2Ca2Cu3O8 + x з Тк = 135 К.
Безумовно, відкриття надпровідників з такими значеннями Тс є видатним досягненням, оскільки для охолоджування надпровідних систем стало можливим використовувати дешевий і відносно легко доступний рідкий азот замість дорогого гелію. Проте всі приведені значення Тс істотно нижчі за кімнатну температуру, і тому надзвичайно актуальна можливість синтезу нових надпровідників з ще вищими Тк . Пошуком високотемпературних надпровідників зайнято зараз багато лабораторій миру.
Після відкриття високотемпературної надпровідності і до теперішнього часу в літературі з'являються повідомлення про спостереження надпровідності при температурах вище 140 До і навіть при кімнатній температурі: близько 310 К (біля + 400 С). Правда, автори відзначають, що надпровідні фази, що володіють такими Тк, є термодинамічно нестійкими і розпадаються при багатократному пониженні і підвищенні температури. Що можна сказати із цього приводу? Мабуть, гранично високим значенням Тк = 135 К за нормальних умов володіє система HgBa2Ca2Cu3O8 + x . Це термодинамічно стійке значення. Дуже цікаво, що якщо це з'єднання піддати всесторонньому стисненню, то його Тк оборотно підвищується до значення близько 160 К ! Це указує на можливість синтезу надпровідників з такими Тк. Наскільки реально буде отримати термодинамічно стійкі надпровідники вищими Тк, сказати важко, хоча отримання метастабільних фаз з Тк = 300 К є, мабуть, можливим і представляє, на мій погляд, великий інтерес, оскільки свідчить про принципову можливість існування надпровідності при таких температурах.
9. Застосування надпровідності.
Питання різних застосувань надпровідності почали обговорюватися практично відразу ж після відкриття цього вражаючого явища. Ще Камерлінг-Оннес вважав, що за допомогою надпровідників можна економічним чином створювати сильні магнітні поля. Проте реальне використання надпровідності почалося лише в кінці 50-х-начале 60-х років. В даний час вже працюють надпровідні магніти практично будь-яких розмірів і будь-якої форми. Вони вийшли за рамки чистих наукових досліджень, і сьогодні їх широко використовують в лабораторній практиці, в прискорювальній техніці, медичних томографах, установках для керованої термоядерної реакції. За допомогою надпровідності стало можливим набагато підвищити чутливість багатьох видів вимірювань. Надпровідність стала не тільки технічною дисципліною, але і окремою галуззю промисловості. І, звичайно, відкриття високотемпературної надпровідності створило передумови до ширшого впровадження в повсякденну практику різних надпровідних пристроїв. Нижче ми приведемо для ілюстрації лише декілька прикладів.
Найбільше застосування надпровідники знайшли в даний час в області створення сильних магнітних полів. Сучасна промисловість проводить з надпровідників II роду різноманітні дроти і кабелі, використовувані для виготовлення обмоток магнітів. Переваги надпровідних магнітів достатньо очевидні. Не кажучи навіть про можливість отримання за допомогою надпровідників значно сильніших магнітних полів (зараз в чисто надпровідних системах досягнуті поля більше 20 Тл), ніж при використанні залізних магнітів, надпровідні магніти є і економічнішими. Так, наприклад, для підтримки в мідному соленоїді з внутрішнім діаметром 4 см і завдовжки 10 см поля в 10 Тл необхідна електрична потужність не менше 5100 кВт, яку потрібно повністю відвести водою, що охолоджує магніт. Це означає, що через магніт треба прокачувати не менше 1 м3 води в хвилину, а потім її ще охолоджувати в спеціальному пристрої (градирне). У надпровідному варіанті такий об'єм магнітного поля створюється досить просто, необхідне лише створення гелієвого криостата для охолоджування обмоток, що зараз є досить простій технічним завданням.
Дуже вигідно використовувати надпровідники в електротехніці і енергетиці. Адже в даний час втрати на тепло джоуля в проводах, що підводять, оцінюються величиною 30-40 %, тобто більш за третину всієї вироблюваної енергії витрачається дарма на «опалювання» Всесвіту. Якщо ж передавати електроенергію по надпровідних проводах з нульовим опором, то таких втрат не буде взагалі. Це все одно, що відразу більш ніж на третину збільшити вироблення електроенергії. На основі надпровідників можна створювати електродвигуни і генератори з високим ККД і іншими покращуваними робочими характеристиками. Піонером в області впровадження високотемпературних надпровідників в електромережу, що діє, стала Данія. З лютого 2001 року в Копенгагені в ділянку трифазної електромережі напругою 30 кВ встановлений надпровідний кабель завдовжки 30 м. В кінці цього ж року в детройті (США) увійшла до експлуатації ділянка електромережі завдовжки 120 м. В кінці 2001 року в Росії був успішно випробуваний досвідчений двигун з ВТНП потужністю 30 кВт.
Принадна перспектива використання ефекту механічного відштовхування надпровідника на транспорті. Мова йде про створенні поїзда на магнітній подушці, в якому будуть повністю відсутні втрати на тертя об колію дорогі. На початку 2003 року в Японії був випробуваний такий пасажирський поїзд. Склад з чотирьох вагонів «пролетів» по експериментальній трасі в префектурі Яманаси на північний захід від Токіо із швидкістю 502 км/год. Силою магнітного поля, що створюється високотемпературними надпровідниками, поїзд підвело на 10 см від землі і через дві хвилини опустило вже за 18,5 км. від стартового майданчика.
Табл .2. Сфери застосування надпровідності.
| Застосування | Примітки |
| Крупномасштабне а) екранування | Надпровідник не пропускає магнітний потік, отже, він екранує електромагнітне випромінювання. Використовується в мікрохвильових пристроях, захист від випромінювання при ядерному вибуху. |
| Високоточні пристрої а) магніти б) науково-дослідне устаткування в) магнітна левітація | НТСП магніти використовуються в прискорювачах частинок і установках термоядерного синтезу. Інтенсивно проводяться роботи із створення поїздів на магнітній подушці. Прототип в Японії використовує НТСП. |
| Інші статичні застосування а) передача энергії б) акумуляція в) обертальні електричні машини г) обчислювальні пристрої | Прототипні лінії НТСП продемонстрували свою перспективність. Можливість акумулювати електроенергію у вигляді циркулюючого струму Комбінація напівпровідникових і надпровідних приладів відкриває нові можливості в конструюванні обладнання. |
10. Висновки.
Відкриття явища надпровідності Камерлінг-Оннесом в 1911 році зумовило до вивчення нового класу речовин – надпровідників. Вчені досліджували надпровіднісь довгий час, але причина явища була встановлена тільки в 1957 році Дж. Бардіном, Л. Купером і Дж. Роберт Шріффером. Вони пояснили це явище на основі квантової теорії.
Надпровідність не могла отримати практичне застосування в різних галузях техніки, так як для її отримання потрібна була надзвичайно низька температура. Так в 1964 році була відкрита високотемпетатурна надпровідність, яка дала можливість отримати надпровідний стан при температурі майже -100 ºС.
Високотемпературні надпровідникові матеріали радикально розширили можлиість практичного використання надпровідності для створення нової техніки та використання її в галузях народного господарства.
11. Список використаних джерел.
1. Кресин В.З. Сверхпроводимость и сверхтекучесть. – М.: Наука, 1978. – 190с.
2. Минеев В.П., Самохин К.В. Введение в теорию необычной сверхпроводимсти. – М.: МФТИ, 1998. – 144с.
3. Колашников С.Г. Курс загальної фізики. Том ІІ: Електрика. – К: Радянська школа, 1964. – 630с.
4. В.Л. Гинзбург. Сверхпроводимость: позавчера, вчера, сегодня, завтра // Успехи физических наук. – М., 2000. – С. 619 – 630.
5. Science Time [веб-ресурс] // Информационный научний журнал. (http://www.science-time.com/).
6. Wikipedia [веб-ресурс]. Електронна енциклопедія // Сверхпроводимость. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Сверхпроводимость/).
Похожие работы
... поля вихрові нитки зближаються, щільність їх збільшується, і при деякому значенні поля, коли відстань між нитками стає приблизно 10-4 сантиметра , надпровідність руйнується і зразок переходить у нормальний стан. Сучасна експериментальна техніка дозволяє безпосередньо спостерігати абрикосові вихрі. Для цього на поверхню зразка наносять магнітний порошок. Частинки накопичуються в тих областях, куди ...
... Компланарна затримка YBCO лінії 10м в ширину і 37см в довжину було сфабриковано. Ця лінія затримки була близько 2,8нс і були використані, поряд з комерційно доступними напівпровідникові інтегральні схеми, щоб зробити надпровідними пам’яті затримки на лініях. Як показано на рис.27, ця пам’ять працювала як 32-бітний буфер зберігання при тактовій частоті 10 ГГц при 46 K, яка у кілька разів швидше, ...
... . Для отримання високоякісних кріопровідників необхідні виключно висока чистота металу (відсутність домішок) та відсутність наклепу (виникає при відпалюванні). 3. Сплави високого опору та спеціальні сплави. Контактні матеріали. Неметалеві провідники Сплави високого опору мають при нормальній температурі питомий опір ρ ≥ 0,3 [мкОм· м] При використанні сплавів високого опору: у вимі ...
1.1. Параметри ВТНП-матеріалів Із-за малої довжини когерентності x»( 1-30 )A вихрі слабо закріплені на дефектах зразка і можуть легко переміщатися по ньому як і при пропусканні через зразок струму, так і при наявності інгрідієнта температури. Рис.1.13 служить якісною ілюстрацією механізма руху вихрів. Потенціальний рельєф для вихрів у зразку визначає силу пінінга (рис.1.13 а). ...
0 комментариев