Nadprzewodnik
Nadprzewodnik to substancja, która przewodzi prąd bez oporu, gdy jest zimniejsza niż "temperatura krytyczna". W tej temperaturze elektrony mogą swobodnie przemieszczać się przez materiał. Nadprzewodniki różnią się od zwykłych przewodników, nawet tych bardzo dobrych. Zwykłe przewodniki tracą swoją oporność powoli, w miarę jak stają się coraz zimniejsze. W przeciwieństwie do nich, nadprzewodniki tracą swoją rezystancję w jednym momencie. Jest to przykład przejścia fazowego. Wysokie pola magnetyczne niszczą nadprzewodnictwo i przywracają normalny stan przewodzenia.
W normalnych warunkach magnes poruszający się po przewodniku wytwarza w nim prąd na skutek indukcji elektromagnetycznej. Ale nadprzewodnik w rzeczywistości całkowicie wypiera pola magnetyczne poprzez indukowanie prądów powierzchniowych. Zamiast przepuszczać pole magnetyczne, nadprzewodnik zachowuje się jak magnes skierowany w przeciwną stronę, który odpycha prawdziwy magnes. Nazywa się to efektem Meissnera i można go zademonstrować poprzez lewitowanie nadprzewodnika nad magnesami lub odwrotnie.
Magnes lewitujący nad wysokotemperaturowym nadprzewodnikiem, chłodzonym ciekłym azotem. Na powierzchni nadprzewodnika płynie trwały prąd elektryczny. Wyklucza on pole magnetyczne magnesu (prawo indukcji Faradaya). W efekcie, prąd tworzy elektromagnes, który odpycha magnes
Historia nadprzewodników
| 1911 | nadprzewodnictwo odkryte przez Heike Kamerlingh Onnes |
| 1933 | efekt Meissnera odkryty przez Waltera Meissnera i Roberta Ochsenfelda |
| 1957 | teoretyczne wyjaśnienie nadprzewodnictwa zaproponowane przez Johna Bardeena, Leona Coopera i Johna Schrieffera (teoria BCS) |
| 1962 | przewidywano tunelowanie nadprzewodzących par Coopera przez barierę izolacyjną |
| 1986 | Ceramiczny nadprzewodnik został odkryty przez Alexa Müllera i Georga Bednorza. Ceramika jest normalnie izolatorem. Związek lantanu, baru, miedzi i tlenu, którego temperatura krytyczna wynosi 30K. Otworzył możliwości dla nowych nadprzewodników. |
Aplikacje
- Nadprzewodnikowe urządzenie do interferencji kwantowej (SQUID)
- Akceleratory cząstek
- Akceleratory małych cząstek w ochronie zdrowia
- Lewitujące pociągi
- Fuzja jądrowa
- Skaner MRI
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest nadprzewodnik?
O: Nadprzewodnik to substancja, która przewodzi prąd bez oporu, gdy jest zimniejsza niż "temperatura krytyczna". W tej temperaturze elektrony mogą swobodnie przemieszczać się przez materiał.
P: Czym różni się nadprzewodnik od zwykłego przewodnika?
O: Zwykłe przewodniki tracą swój opór (stają się bardziej przewodzące) powoli, gdy stają się zimniejsze. Natomiast nadprzewodniki tracą opór w jednym momencie. Jest to przykład przejścia fazowego.
P: Jakie są przykłady nadprzewodników?
O: Niektóre przykłady nadprzewodników to metale: rtęć i ołów, ceramika i organiczne nanorurki węglowe.
P: Jak działa magnes poruszający się obok przewodnika?
O: Normalnie magnes poruszający się obok przewodnika wytwarza prąd w przewodniku poprzez indukcję elektromagnetyczną. Ale nadprzewodnik w rzeczywistości całkowicie wypiera pola magnetyczne, indukując prądy powierzchniowe.
P: Co to jest efekt Meissnera?
O: Efekt Meissnera polega na tym, że zamiast przepuszczać pole magnetyczne, nadprzewodnik zachowuje się jak magnes skierowany w przeciwną stronę, który odpycha prawdziwy magnes. Można to zademonstrować poprzez lewitowanie nadprzewodnika nad magnesami lub odwrotnie.
P: Czy wysokie pole magnetyczne niszczy czy wzmacnia nadprzewodnictwo?
O: Wysokie pole magnetyczne niszczy nadprzewodnictwo i przywraca normalny stan przewodzenia.
