Свехпроводники и криопроводники
Свехпроводники и криопроводники
незапятнанных металлов и поболее тыщи разных сплавов и соединений, у каких
вероятен переход в сверхпроводящее состояние. К ним относятся незапятнанные металлы,
сплавы, интерметаллические соединения и некие диэлектрические материалы.
Сверхпроводники
При снижении температуры удельное
электронное сопротивление металлов миниатюризируется и при очень низких
(криогенных) температурах электропроводность металлов приближается к абсолютному
нулю.
В 1911 г. при охлаждении кольца из
замороженной ртути до температуры 4,2 К голландский ученый Г. Каммерлинг-Оннес
нашел, что электронное сопротивление о кольца в один момент падает до очень
малого значения, которое нереально измерить. Такое исчезновение электронного
сопротивления, т.е. возникновение нескончаемой удельной проводимости у материала,
было названо сверхпроводимостью.
Материалы, владеющие способностью
перебегать в сверхпроводимое состояние при их охлаждении до довольно низкой
температуры, стали именовать сверхпроводниками. Критичная температура
остывания, при которой происходит переход вещества в сверхпроводящее состояние,
именуют температурой сверх-проводимого перехода либо критичной температурой
перехода Ткр.
Переход в сверхпроводимое состояние
является обратимым. При повышении температуры до Тк материал ворачивается в
обычное (непроводящее) состояние.
Особенность сверхпроводников
заключается в том, что в один прекрасный момент наведенный в сверхпроводящем контуре электронный
ток будет продолжительно (годами) циркулировать по этому контуру без приметного
уменьшения собственной силы и притом без всякого дополнительного подвода энергии
снаружи. Подобно неизменному магниту таковой контур делает в окружающем
пространстве магнитное поле.
В 1933 г. германские физики В.Майснер
и Р.Оксенфельд нашли, что сверхпроводники при переходе в сверхпроводящее
состояние становятся безупречными диамагнентиками. Потому наружное магнитное поле
не просачивается в сверхпроводящее тело. Если переход материала в сверхпроводящее
состояние происходит в магнитном поле, то поле «выталкивается» из
сверхпроводника.
Известные сверхпроводники имеют
очень низкие критичные температуры перехода Тк . Потому устройства, в
которых употребляются сверхпроводники, должны работать в критериях остывания
водянистым гелием (температура сжижения гелия при обычном давлении приблизительно 4,2
К). Это усложняет и удорожает создание и эксплуатацию сверхпроводниковых
материалов.
Не считая ртути сверхпроводимость
присуща и другим незапятнанным металлам (хим элементам) и разным сплавам и
хим соединениям. Но такие металлы, как серебро и медь, при самых
низких температурах, достигнутых в текущее время, перевести в сверхпроводящее
состояние не удалось.
Способности использования явления
сверхпроводимости определяются значениями температуры перехода в сверхпроводящее
состояние Тк и критичной напряженности магнитного поля.
Сверхпроводниковые материалы
подразделяют на мягенькие и твердые. К мягеньким сверхпроводникам относят незапятнанные
металлы, кроме ниобия, ванадия, теллура. Главным недочетом мягеньких
сверхпроводников является низкое значение критичной напряженности магнитного
поля.
В электротехнике мягенькие
сверхпроводники не используются, так как сверхпроводящее состояние в этих
материалах исчезает уже в слабеньких магнитных полях при маленьких плотностях тока.
К жестким сверхпроводникам относят
сплавы с искаженными кристаллическими решетками. Они сохраняют сверхпроводимость
даже при относительно огромных плотностях тока и сильных магнитных полях.
Характеристики жестких сверхпроводников
были открыты посреди нашего столетия и по сей день неувязка их
исследования и внедрения является одной из важных заморочек современной науки
и техники.
Твердые сверхпроводники владеют
рядом особенностей:
-
при
охлаждении переход в сверхпроводящее состояние происходит не резко, как у
мягеньких сверхпроводников, а в протяжении некого температурного
интервала; -
некие
из жестких сверхпроводников имеют не только лишь сравнимо высочайшие значения
критичной температуры перехода Тк, да и относительно высочайшие значения
критичной магнитной индукции Вкр; -
при
изменении магнитной индукции могут наблюдаться промежные состояния меж
сверхпроводящим и обычным; -
имеют
тенденцию к рассеянию энергии при пропускании через их переменного тока; -
зависимость
параметров сверхпроводимости от технологических режимов производства, чистоты
материала и совершенства его кристаллической структуры.
По технологическим свойствам
твердые сверхпроводники делят на последующие виды:
-
сравнимо просто деформируемые, из которых можно изготавливать проволоку и
ленты [ниобий, сплавы ниобий-титан (Nb-Ti), ванадий-галлий (V-Ga)]; -
тяжело
поддающиеся деформации из-за хрупкости, из которых получают изделия способами
порошковой металлургии (интерметаллические материалы типа станнида ниобия
Nb3Sn).
Нередко сверхпроводниковые провода
покрывают «стабилизирующей» оболочкой из меди либо другого отлично проводящего
электронный ток и тепло металла, что позволяет избежать повреждения
основного материала сверхпроводника при случайном повышении температуры.
В ряде всевозможных случаев используют
композитные сверхпроводниковые провода, в каких огромное число тонких
нитевидных сверхпроводников заключено в громоздкую оболочку из меди либо другого
несверхпроводникового материала.
Пленки сверхпроводниковых
материалов имеют особенные характеристики:
-
критичная
температура перехода Ткр в ряде всевозможных случаев существенно превосходит Ткр больших
материалов; -
огромные
значения предельных токов, пропускаемых через сверхпроводник; -
наименьший
температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние.
Сверхпроводники употребляют при
разработке: электронных машин и трансформаторов малых массы и размеров с высочайшим
коэффициентом полезного деяния; кабельных линий для передачи энергии большой
мощности на огромные расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей
энергии и устройств памяти; магнитных линз электрических микроскопов; катушек
индуктивности с печатным монтажом.
На базе пленочных
сверхпроводников сотворен ряд запоминающих устройств и частей автоматики и
вычислительной техники.
Обмотки электромагнитов из
сверхпроводников позволяют получать очень вероятные значения напряженности
магнитного поля.
Криопроводники
Некие
металлы способны достигать при низких (криогенных) температурах очень малого
значения удельного электронного сопротивления р, которое в сотки и тыщи раз
меньше, чем удельное электронное сопротивление при обычной температуре.
Материалы, владеющие такими качествами, именуют криопро-водниками (гиперпроводниками).
На физическом уровне
явление криопроводимости не сходно с явлением сверхпроводимости. Плотность тока
в криопроводниках при рабочих температурах в тыщи раз превосходит плотность тока
в их при обычной температуре, что определяет их внедрение в сильноточных
электротехнических устройствах, к которым предъявляются высочайшие требования по
надежности и взрывобезопасности.
Применение
криопроводников в электронных машинах, кабелях и т.п. имеет существенное
преимущество по сопоставлению со сверхпроводниками.
Если в
сверхпроводниковых устройствах в качестве охлаждающего агента используют водянистый
гелий, работа криопроводников обеспечивается благодаря более высококипящим и
дешевеньким хладагентам — водянистому водороду либо даже водянистому азоту. Это упрощает и
удешевляет создание и эксплуатацию устройства. Но нужно учесть
технические трудности, которые появляются при использовании водянистого водорода,
образующего при определенном соотношении компонент взрывоопасную смесь с
воздухом.
В качестве
криопроводников употребляют медь, алюминий, серебро, золото.
Источник
инфы: «Электроматериаловедение» Журавлева Л. В.
Комментарии
Свехпроводники и криопроводники — Комментариев нет