Сверхпроводники

Наверняка большинство из вас смотрели фильм “Аватар”. Ведь так? Если да, то помните парящие горы и серый камушек, который левитировал? Помните?!
Так вот большинство наверное подумало, что это бред, и такое невозможно. Но увы, вынужден вас разочаровать, ибо данное явление вполне себе существует , единственное, что немного в других условиях. И называется оно сверхпроводимостью. Так что же такое сверхпроводимость? Это такое состояние материала, при котором электрическое сопротивление равно нулю. imageСверхпроводником моут быть как чистые металлы, так и сплавы, соли и сложные соединения, в том числе и органические. То есть при прохождении через сверхпроводник тока проводник не будет оказывать сопротивление ( то есть потеря энергии в процессе прохождения тока будет равна нулю ).
image
Тут же присутствует эффект Мейснера, которому сверхпроводники обязаны своей возможностью парить над магнитом. Он заключается в полном выталкивании сверхпроводником внешних магнитных токов за счёт внутренних магнитных потоков, создающих магнитное поле противодействующее внешнему. Это было бы очень хорошо для современной техники, но есть одно “но” – для перехода проводника в сверхпроводящее состояние потребуется охладить его до некой критической температуры (которая у разных сверхпроводников разная). И обидно, что у большинства сверхпроводников критическая температура очень низкая. И по этой причине сверхпроводники можно условно разделить на две группы: высокотемпературные ( ВТСП) и низкотемпературные (НТСП). Условной точкой между ними является температура кипения жидкого азота ( 77К). Сверхпроводников, критическая температура которых выше 77К довольно мало, но именно они представляют интерес в мире высоких технологий. Представьте себе мощный компьютер, который бы потреблял мало энергии, практически не грелся и при этом работал быстро и эффективно. Поздравляю, только что вы представили себе компьютер в котором будут комбинироваться полупроводниковые и сверхпроводниковые элементы. Но проблемка есть одна. Он работал бы только при температуре жидкого азота. Так что пока это только мечта. Но учёные продолжают поиск все новых и новых сверхпроводников с большей критической температурой и мечта в будущем может стать реальностью.
А теперь пару слов о том, где сейчас используются сверхпроводники. Ну во первых сверхпроводники уже потихоньку начинают использовать по их прямому предназначению,то есть в виде линий электропередач.
image
Да, соглашусь- это эффективно, но это неудобно в эксплуатации, так как надо делать специальную трубу для сверхпроводящего кабеля, в которой будет поддерживаться постоянная температура, следовательно для охлаждения нужен криостат и прочие вытекающие из этого проблемы.
Далее. Без сверхпроводящей проволоки не может обойтись медицина. У вас наверное возникает справедливый вопрос, как медицина может быть связана со сверхпроводниками? Оказывается напрямую! Кто-нибудь что- нибудь слышал о магнитно-резонансной томографии?

Так вот в МРТ используется физическое явление ядерного магнитного резонанса, а для этого нужен электромагнит генерирующий постоянное поле высокой напряжённости. А вот для создания мощных электромагнитов как нельзя лучше подходит проволока из сверхпроводящих материалов.
Ну раз уж заговорили о электромагнитах из сверхпроводников , то давайте посмотрим, где ещё такие магниты могут использоваться. В научной сфере данные магниты очень востребованы. Ускорители элементарных частиц, токамаки, установки контролируемого ядерного синтеза (да,да они уже существуют и вполне себе функционируют, но о них мы поговорим попозже)- всё это великолепие работает за счёт этих магнитов!
Но вернёмся с небес на землю. Где же может использоваться данная технология более доступно для простых пользователей? Ответ довольно неожиданный – железные дороги. Вернёмся в начало статьи и вспомним эффект Мейснера. Который позволяет охлаждённому сверхпроводнику парить над магнитом или наоборот. А теперь представьте себе поезд, который парил бы над железной дорогой. Это было бы очень эффективно, ибо сила трения была бы равна нулю ( если пренебречь сопротивлением воздуха, которое, кстати, тоже можно устранить загнав железную дорогу в герметичный туннель, в котором поддерживался бы вакуум). В таком случае поезда бы разгонялись до огромных скоростей, и путешествие из Петербурга в Москву занимало бы около часа! Прототипы таких дорог уже существуют, и показывают хорошие результаты. Так что данное направление весьма перспективное.
Ну и в качестве заключения. Сверхпроводники потихоньку начинают внедряться в нашу жизнь,в ближайшем будущем перестанут быть лабораторной экзотикой и внедрятся в нашу повседневную жизнь. Они найдут множество новых применений и сделают нашу жизнь лучше. Так что давайте пожелаем учёным удачи в поиске новых сверхпроводящих материалов!

Комментировать

Оповещать
avatar
wpDiscuz