Materiaaleja on kahta tyyppiä, kuten metallit, sekä eristimet. Metallit sallivat elektronivirtauksen ja kuljettavat sähkövarausta mukanaan, kuten hopea, kupari jne., Kun taas eristimet pitävät elektroneja eivätkä salli elektronien, kuten puun, kumin, jne. Virtausta. 1900-luvulla kehitettiin uusia laboratoriomenetelmiä fyysikot jäähdyttävät materiaalit nollalämpötilaan Hän alkoi tutkia joitain elementtejä tietääkseen miten sähköä muuttuvat sellaisissa olosuhteissa kuten lyijy ja elohopea, koska ne johtavat sähköä tietyssä lämpötilassa ilman vastusta. He ovat havainneet saman käyttäytymisen useissa yhdisteissä, kuten keramiikasta hiilinanoputkiin. Tässä artikkelissa käsitellään suprajohtimen yleiskatsausta.
Mikä on suprajohde?
Määritelmä: Materiaali, joka voi johtaa sähköä ilman vastusta, tunnetaan suprajohteena. Useimmissa tapauksissa joissakin materiaaleissa, kuten yhdisteissä, muuten metalliset elementit tarjoavat jonkin verran vastusta huoneen lämpötilassa, vaikka ne tarjoavat alhaisen kestävyyden lämpötila kutsutaan sen kriittiseksi lämpötilaksi.
suprajohde
Elektronit virtaavat atomista atomiin tehdään usein käyttämällä tiettyjä materiaaleja saavutettuaan kriittisen lämpötilan, joten materiaalia voidaan kutsua suprajohtavaksi materiaaliksi. Näitä käytetään lukuisilla aloilla, kuten magneettikuvaus ja lääketiede. Suurin osa markkinoilla olevista materiaaleista ei ole suprajohtavia. Joten heidän on oltava hyvin vähän energiaa olevassa tilassa, jotta ne voivat muuttua suprajohtaviksi. Nykyinen tutkimus keskittyy yhdisteiden kehittämiseen kehittyäkseen suprajohtaviksi korkeissa lämpötiloissa.
Suprajohteiden tyypit
Suprajohteet luokitellaan kahteen tyyppiin, nimittäin tyyppi I ja tyyppi II.
suprajohteiden tyypit
Tyypin I suprajohde
Tällainen suprajohde sisältää johtavia perusosia ja niitä käytetään eri aloilla sähkökaapeloinnista tietokoneen mikrosiruihin. Tämäntyyppiset suprajohteet menettävät suprajohtavuutensa hyvin yksinkertaisesti, kun se sijoitetaan kriittisen magneettikentän (Hc) magneettikenttään. Sen jälkeen siitä tulee kuin kapellimestari. Tämäntyyppiset puolijohteet kutsutaan myös pehmeiksi suprajohteiksi suprajohtavuuden menetyksen vuoksi. Nämä suprajohteet noudattavat Meissner-vaikutusta kokonaan. esimerkkejä suprajohteista ovat sinkki ja alumiini.
Tyypin II suprajohde
Tällainen suprajohde menettää suprajohtavuutensa hitaasti, mutta ei yksinkertaisesti, koska se on järjestetty ulkoisen magneettikentän sisään. Kun havaitsemme graafisen esityksen magnetoinnin ja magneettikentän välillä, kun toisen tyyppinen puolijohde sijoitetaan magneettikentän sisään, se menettää suprajohtavuutensa hitaasti.
Tämäntyyppiset puolijohteet alkavat menettää suprajohtavuutensa vähemmän merkittävällä magneettikentällä ja pudottavat suprajohtavuutensa täysin korkeammalle kriittiselle magneettikentälle. Hitaamman kriittisen magneettikentän ja korkeamman kriittisen magneettikentän välistä ehtoa kutsutaan välitilaksi, joka muuten on pyörre.
Tämäntyyppiset puolijohteet nimetään myös koviksi suprajohteiksi johtuen siitä, että ne menettävät suprajohtavuutensa hitaasti, mutta eivät yksinkertaisesti. Nämä puolijohteet tottelevat Meissnerin vaikutusta, mutta eivät täysin. Parhaat esimerkit näistä ovat NbN ja Babi3. Nämä suprajohteet soveltuvat voimakkaiden kenttien suprajohtaviin magneetteihin.
Suprajohtavat materiaalit
Tiedämme, että saatavilla on paljon materiaaleja, joissa jotkut niistä johtavat suprajohtavasti. Elohopeaa lukuun ottamatta alkuperäiset suprajohteet ovat metalleja, puolijohteita jne. Jokainen erilainen materiaali muuttuu suprajohteeksi hieman erilaisessa lämpötilassa
Suurin ongelma käytettäessä suurinta osaa näistä materiaaleista on se, että ne johtavat suprajohtavasti muutamassa asteessa täydellisestä nollasta. Tämä tarkoittaa mitä tahansa hyötyä, jonka saavutat vastustuksen puutteesta, jonka menetät varmasti varmastikin sisällyttämällä ne jäähdytykseen ensisijaisessa paikassa.
Voimalaitos, joka saa kotiisi sähköä alaspäin suuntautuvissa suprajohtavissa johtimissa, meluaa loistavasti. Joten se säästää valtavia määriä loppuun käytettyä energiaa. Kuitenkin, jos haluat jäähdyttää valtavat osat ja kaikki voimansiirtojohdot nollaksi, tuhlataan todennäköisesti enemmän energiaa.
Suprajohteen ominaisuudet
Suprajohtavilla materiaaleilla on upeita ominaisuuksia, jotka ovat välttämättömiä nykyiselle tekniikalle. Näiden ominaisuuksien tutkiminen jatkuu edelleen näiden ominaisuuksien tunnistamiseksi ja hyödyntämiseksi alla luetelluilla eri aloilla.
- Ääretön johtavuus / nollasähköinen vastus
- Meissner-vaikutus
- Siirtymälämpötila / kriittinen lämpötila
- Josephson Currents
- Kriittinen virta
- Pysyvät virtaukset
Ääretön johtavuus / nollasähköinen vastus
Suprajohtavassa tilassa suprajohtava materiaali kuvaa nollasähkövastusta. Kun materiaali jäähdytetään siirtymälämpötilassa, sen vastus pienenee yhtäkkiä nollaan. Esimerkiksi elohopea osoittaa nollaresistanssin alle 4 k.
Meissner-vaikutus
Kun suprajohde jäähdytetään kriittisessä lämpötilassa, se ei salli magneettikentän kulkea siinä. Tämä esiintyminen suprajohteissa tunnetaan Meissner-efektinä.
Siirtymälämpötila
Tämä lämpötila tunnetaan myös kriittisenä lämpötilana. Kun suprajohtavan materiaalin kriittinen lämpötila muuttaa johtavan tilan normaalista suprajohtavaksi.
Josephson Current
Jos kaksi suprajohtoa jaetaan ohutkalvon avulla eristävässä materiaalissa, se muodostaa matalan vastuksen liitoksen löytääkseen elektronit kupariparin kanssa. Se voi tunneloitua risteyksen yhdeltä pinnalta toiselle pinnalle. Joten virta, koska virtaparien virtaus, tunnetaan nimellä Josephson Current.
Kriittinen virta
Kun a kuljettaja suprajohtavissa olosuhteissa voidaan kehittää magneettikenttä. Jos virtavirta nousee tietyn nopeuden yli, magneettikenttää voidaan parantaa, mikä vastaa johtimen kriittistä arvoa, jolla tämä palaa normaaliin tilaansa. Nykyisen arvon virtaus tunnetaan kriittisenä virtana.
Pysyvät virtaukset
Jos suprajohderengas on järjestetty magneettikenttään sen kriittisen lämpötilan yläpuolelle, jäähdytä suprajohderengas tällä hetkellä kriittisen lämpötilan alla. Jos eliminoimme tämän kentän, virran virtaus voidaan indusoida renkaan sisällä sen itseinduktanssin vuoksi. Lenzin lain mukaan indusoitu virta vastustaa kehän läpi virtaavan muutoksen vuon sisällä. Kun rengas asetetaan suprajohtavaan tilaan, virran virtaus indusoidaan jatkamaan virran virtausta nimetään pysyväksi virraksi. Tämä virta synnyttää magneettivuon saadakseen vuon virtaamaan koko vakiorenkaan läpi.
Puolijohteen ja suprajohteen välinen ero
Puolijohteiden ja suprajohteiden välistä eroa käsitellään jäljempänä.
| Puolijohde | Suprajohde |
| Puolijohteen resistiivisyys on rajallinen | Suprajohtimen resistanssi on nolla sähköresistiivisyyttä |
| Tässä elektronien karkottaminen johtaa rajalliseen resistiivisyyteen. | Tässä elektronien vetovoima johtaa resistiivisyyden menetykseen |
| Suprajohteet eivät osoita täydellistä diamagnetismia | Suprajohteet osoittavat täydellistä diamagnetismia |
| Suprajohtimen energiavaje on muutaman eV: n luokkaa.
| Suprajohteiden energiavaje on luokkaa 10 ^ -4 eV. |
| Vuotokvantisointi suprajohteissa on 2e yksikköä. | Suprajohteen yksikkö on e. |
Super-kapellimestarin sovellukset
Suprajohteiden sovelluksiin sisältyy seuraava.
- Näitä käytetään generaattoreissa, hiukkaskiihdyttimissä, kuljetuksissa, sähkömoottorit , tietojenkäsittely, lääketieteellinen, voimansiirto , jne.
- Suprajohteita käytetään pääasiassa voimakkaiden sähkömagneettien luomiseen MRI-skannereissa. Joten näitä käytetään jakamaan. Niitä voidaan käyttää myös magneettisten ja ei-magneettisten materiaalien erottamiseen
- Tätä johtinta käytetään tehon siirtämiseen pitkiä matkoja
- Käytetään muistissa tai tallennusosissa.
UKK
1). Miksi suprajohteiden on oltava kylmiä?
Energianvaihto tekee materiaalista kuumempaa. Joten tekemällä puolijohde kylmäksi tarvitaan pienempi määrä energiaa elektronien kolhiintumiseen.
2). Onko kulta suprajohde?
Parhaat johtimet huoneenlämmössä ovat kulta, kupari ja hopea eivät muutu lainkaan suprajohtaviksi.
3). Onko huonelämpötilan suprajohde mahdollista?
Huonelämpötilassa oleva suprajohde pystyy näyttämään suprajohtavuus noin 77 Fahrenheit-asteen lämpötilassa
4). Miksi suprajohteissa ei ole vastusta?
Suprajohteessa sähköinen vastus putoaa odottamatta nollaan atomien värähtelyjen ja puutteiden vuoksi, täytyy aiheuttaa vastusta materiaalissa samalla kun elektronit kulkevat sen läpi
5). Miksi suprajohde on täydellinen Diamagnet?
Kun suprajohtavaa materiaalia pidetään magneettikentässä, se työntää magneettivuon kehostaan. Jäähtyessään kriittisessä lämpötilassa se näyttää ihanteellisen diamagnetismin.
Näin ollen kyse on suprajohtimen yleiskatsauksesta. Suprajohde voi johtaa sähköä, muuten siirtää elektroneja atomista toiseen ilman vastusta. Tässä on kysymys sinulle, mitkä ovat esimerkkejä suprajohteesta?
.
