Υπεραγωγός
Ο υπεραγωγός είναι μια ουσία που άγει τον ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση όταν γίνεται ψυχρότερη από μια "κρίσιμη θερμοκρασία". Σε αυτή τη θερμοκρασία, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα στο υλικό. Οι υπεραγωγοί διαφέρουν από τους συνηθισμένους αγωγούς, ακόμη και από τους πολύ καλούς. Οι συνηθισμένοι αγωγοί χάνουν αργά την αντίστασή τους καθώς κρυώνουν. Αντίθετα, οι υπεραγωγοί χάνουν την αντίστασή τους ταυτόχρονα. Αυτό είναι ένα παράδειγμα μετάβασης φάσης. Τα υψηλά μαγνητικά πεδία καταστρέφουν την υπεραγωγιμότητα και επαναφέρουν την κανονική αγώγιμη κατάσταση.
Κανονικά, ένας μαγνήτης που κινείται από έναν αγωγό παράγει ρεύματα στον αγωγό μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Αλλά ένας υπεραγωγός στην πραγματικότητα απωθεί τα μαγνητικά πεδία εξ ολοκλήρου με την επαγωγή επιφανειακών ρευμάτων. Αντί να αφήνει το μαγνητικό πεδίο να περάσει, ο υπεραγωγός ενεργεί σαν μαγνήτης που δείχνει προς την αντίθετη κατεύθυνση, ο οποίος απωθεί τον πραγματικό μαγνήτη. Αυτό ονομάζεται φαινόμενο Meissner και μπορεί να αποδειχθεί με την αιώρηση ενός υπεραγωγού πάνω από μαγνήτες ή αντίστροφα.
Ένας μαγνήτης που αιωρείται πάνω από έναν υπεραγωγό υψηλής θερμοκρασίας, που ψύχεται με υγρό άζωτο. Επίμονο ηλεκτρικό ρεύμα ρέει στην επιφάνεια του υπεραγωγού. Αυτό αποκλείει το μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη (νόμος επαγωγής του Faraday). Στην πραγματικότητα, το ρεύμα σχηματίζει έναν ηλεκτρομαγνήτη που απωθεί τον μαγνήτη
Ιστορία των υπεραγωγών
| 1911 | υπεραγωγιμότητα που ανακαλύφθηκε από την Heike Kamerlingh Onnes |
| 1933 | το φαινόμενο Meissner που ανακαλύφθηκε από τους Walter Meissner και Robert Ochsenfeld |
| 1957 | θεωρητική εξήγηση για την υπεραγωγιμότητα από τους John Bardeen, Leon Cooper και John Schrieffer (θεωρία BCS) |
| 1962 | η σήραγγα των υπεραγώγιμων ζευγών Cooper μέσω μονωτικού φράγματος προβλέπεται |
| 1986 | Ένας κεραμικός υπεραγωγός ανακαλύφθηκε από τους Alex Müller και Georg Bednorz. Τα κεραμικά είναι συνήθως μονωτές. Μια ένωση λανθανίου, βαρίου, χαλκού και οξυγόνου με κρίσιμη θερμοκρασία 30K. Άνοιξε τις δυνατότητες για νέους υπεραγωγούς. |
Εφαρμογές
- Υπεραγώγιμη διάταξη κβαντικής παρεμβολής (SQUID)
- Επιταχυντές σωματιδίων
- Επιταχυντές μικρών σωματιδίων στην υγεία
- Τρένα που αιωρούνται
- Πυρηνική σύντηξη
- Σαρωτής μαγνητικής τομογραφίας
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο υπεραγωγός;
A: Ένας υπεραγωγός είναι μια ουσία που άγει τον ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση όταν γίνεται ψυχρότερη από μια "κρίσιμη θερμοκρασία". Σε αυτή τη θερμοκρασία, τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα στο υλικό.
Ερ: Πώς διαφέρει ένας υπεραγωγός από έναν συνηθισμένο αγωγό;
Α: Οι συνηθισμένοι αγωγοί χάνουν την αντίστασή τους (γίνονται πιο αγώγιμοι) αργά καθώς κρυώνουν. Αντίθετα, οι υπεραγωγοί χάνουν την αντίστασή τους ταυτόχρονα. Αυτό είναι ένα παράδειγμα μετάβασης φάσης.
Ερ: Ποια είναι μερικά παραδείγματα υπεραγωγών;
Α: Μερικά παραδείγματα υπεραγωγών είναι τα μέταλλα υδράργυρος και μόλυβδος, τα κεραμικά και οι οργανικοί νανοσωλήνες άνθρακα.
Ερ: Πώς επηρεάζει έναν μαγνήτη που κινείται από έναν αγωγό;
Α: Κανονικά, ένας μαγνήτης που κινείται από έναν αγωγό παράγει ρεύματα στον αγωγό μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Όμως ένας υπεραγωγός στην πραγματικότητα απωθεί εξ ολοκλήρου τα μαγνητικά πεδία προκαλώντας επιφανειακά ρεύματα.
Ε: Τι είναι το φαινόμενο Meissner;
Α: Το φαινόμενο Meissner είναι όταν αντί να αφήσει το μαγνητικό πεδίο να περάσει, ο υπεραγωγός ενεργεί σαν μαγνήτης που δείχνει προς την αντίθετη κατεύθυνση, ο οποίος απωθεί τον πραγματικό μαγνήτη. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί με την αιώρηση ενός υπεραγωγού πάνω από μαγνήτες ή το αντίστροφο.
Ερ: Καταστρέφει ή ενισχύει την υπεραγωγιμότητα το υψηλό μαγνητικό πεδίο;
Α: Τα υψηλά μαγνητικά πεδία καταστρέφουν την υπεραγωγιμότητα και αποκαθιστούν την κανονική αγώγιμη κατάσταση.
