Informacije

Superprevodnost: kaj je in zakaj je pomembna za našo prihodnost

Superprevodnost: kaj je in zakaj je pomembna za našo prihodnost


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Januarja 2019 je CERN objavil, da dokončuje načrte za prihodnji krožni trkalnik (FCC) za zamenjavo velikega hadronskega trkalnika, ki bi bil dolg skoraj 100 kilometrov in bi ga poganjali magneti, ki izkoriščajo moč superprevodnosti. FCC lahko pospeši delce skoraj do svetlobne hitrosti, ki jih je treba razbiti, in lahko postane "tovarna Higgs-bozona". Kaj pa je superprevodnikov, zaradi katerih so tako močni?

Odgovor je v neverjetni lastnosti superprevodnosti, edinstvene značilnosti materiala, ki lahko revolucionira električni prenos, transport in fiziko, kot jo poznamo.

Kaj je superprevodnost?

Superprevodnost je očitno pomembna, kaj je torej?

Za začetek moramo razumeti, kako električni tok prehaja skozi material in kakšno vlogo ima odpornost v tem procesu.

Če želite imeti električni tok, morate imeti negativno nabit material, material, ki ima razmeroma pozitiven naboj, in vodnik, ki prenaša elektrone iz negativno nabitega materiala na pozitivno naelektren.

GLEJ TUDI: FIZIKI PO SVETU RAZKRIJO NOVO ODKRITVO SUPERPREVODNIKA

Ta postopek pa ni popoln. Vsak material ne prehaja teh elektronov tako enostavno kot naslednji, in tudi v najbolj prevodnih kovinah, kot je baker, material odpornost proti toku. Ta upor pomeni, da celoten tok ne more skozi material in da tok izgubi del energije v obliki toplote.

Ta izguba energije ni nujno slaba, saj nam ta toplotna energija daje električne luči in druge sodobne tehnologije, toda če prenašate moč iz enega dela države v drugega, je ta izguba energije neverjetno neučinkovita.

Drugo vprašanje je, da tok sčasoma oslabi, medtem ko prehaja skozi odporen material, saj se počasi odvaja kot toplotna energija. To pomeni, da obstaja omejitev, kako daleč lahko električni tok potuje, preden se popolnoma razprši.

Prav zaradi tega je superprevodnost tako posebna. Superprevodnost je, ko se material preneha upirati električnemu toku in mu omogoča prosto prehajanje, brez kakršnih koli očitnih izgub energije.

Da bi material prišel v superprevodno stanje, ga je treba zamrzniti na izredno nizko temperaturo, včasih le na nekaj stopinj nad absolutno ničlo (-459,67 stopinj Celzija, -273,15 stopinj Celzija). Nato se iz razlogov, ki jih še vedno ne moremo razložiti, električni upor nenadoma ustavi in ​​električni tok se lahko nadaljuje okoli vezja na videz za vedno.

To ni edina eksotična lastnost superprevodnosti. Številni materiali v superprevodnem stanju lahko izklopijo magnetno polje, kar vodi do lebdenja magnetov nad superprevodnikom.

Kako smo sploh odkrili nekaj podobnega superprevodniku?

Kot številna velika znanstvena odkritja je bila tudi superprevodnost odkrita povsem po naključju.

8. aprila 1911 je nizozemski fizik Heike Kamerlingh Onnes z univerze v Leidnu preučeval lastnosti trdnega živega srebra, ko je naletel na bizarni pojav.

Ko je vzel tekoči helij in z njim znižal temperaturo trdne živosrebrne tuljave na samo 4,2 stopinje Kelvina (-452,11 stopinj Celzija, -268,95 stopinj Celzija), je Onnes videl, da je električni upor nenadoma izginil in da je moč električnega toka v tuljava se ni razblinila.

Onnes je kasneje ta postopek preizkusil na svincu in ugotovil, da se tudi on neha upirati električnemu toku, tokrat pri 7 stopinjah Kelvina. Novoodkrito lastnino je imenoval superprevodnost in leta 1913 za svoje delo prejel Nobelovo nagrado.

Naslednji velik preskok je bil leta 1933, ko sta nemška znanstvenika Walther Meissner in Robert Ochsenfeld ugotovila, da material v superprevodnem stanju odbija magnetno polje. Magnet, ki gre čez vodnik, bo ustvaril električni tok, kar omogoča električne generatorje.

V superprevodniku pa tok, ki ga proizvaja magnet, natančno odraža polje, ki ga ustvari magnet, ki magnet odbija. To ima za posledico, da magnet lebdi v zraku, kar je danes znano kot Meissnerjev učinek.

Znanstveniki še naprej odkrivajo v naslednjih nekaj desetletjih, a naslednji pomemben korak v superprevodnosti je prišel, ko sta Alex Müller in Georg Bednorz iz raziskovalnega laboratorija IBM v Rüschlikonu v Švici ustvarila keramični material, ki je bil superprevodljiv pri 30 stopinjah Celvina.

To je sprožilo nalet dejavnosti, saj znanstveniki niso šteli keramike za superprevodni material - keramika je običajno izolator -, kar je sčasoma privedlo do tega, da je raziskovalna skupina na Univerzi v Alabami-Huntsville razvila keramiko, ki je bila superprevodna pri 92 stopinjah Kelvina ( -294 stopinj Fahrenheita, -181,15 stopinj Celzija), toplejši od tekočega dušika, ki je splošno dostopen.

Kako se uporabljajo superprevodniki?

Še vedno raziskujemo praktično uporabo superprevodnikov, vendar so v svetu že uporabljeni.

Poleg posebne industrijske uporabe je za superprevodnike najpogosteje uporabljen magnetnoresonančni aparat, ki ga pogosto najdemo v bolnišnicah. Le superprevodni sistem bi lahko omogočil, da je energija, potrebna za ustvarjanje magnetnega polja, ki napaja magnetno resonanco, ki je lahko od 2500 do 10.000-krat večja od jakosti zemeljskega magnetnega polja, varčna.

Poleg aparata za magnetno resonanco je najbolj znana uporaba superprevodnih materialov v pospeševalcih delcev, kakršen se uporablja v velikem hadronskem trkalniku (LHC) CERN-a ali predlaganem krožnem trkalniku Future.

Če naprava MRI zveni močno, je LHC popolna zver.

Za pošiljanje bilijonov delcev okoli 27 km predorov s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti, ohranjanje stabilnega žarka delcev in premikanje po natančni poti zahteva magnetno polje neizmerne moči, več kot 100.000-krat večje od zemeljskega magnetnega polja. To zahteva ogromno energije, kakršno lahko zagotovijo superprevodne tuljave.

Prihodnost superprevodnosti

O superprevodnih materialih veliko ne vemo in vsak dan razvijamo nove aplikacije za superprevodnike.

Upamo, da bomo nekega dne v prenosnikih moči uporabili superprevodnost, ki bi dramatično zmanjšala stroške energije po vsem svetu. Vlaki Mag-lev, ki uporabljajo superprevodnost za lebdenje vlaka nad tirnico in s tem odpravljajo trenje, ki bi lahko upočasnilo vlak, so lahko prihodnost prevoza.

Kdo ve? Mogoče bomo nekega dne imeli elektroniko, ki uporablja superprevodnike, da nam bo dala pametne telefone, ki jih je treba polniti le enkrat na mesec ali več.

Vsakdo ugiba, toda s hitrim napredkom naše tehnologije bomo superprevodnost v svojem življenju verjetno videli prej kot slej kot običajno.


Poglej si posnetek: Svečenica o tem, zakaj so pomembni predniki in kako nam pomagajo; Mateja Tomšič (Julij 2022).


Komentarji:

  1. Tadd

    the Remarkable idea

  2. Momuro

    Bilo je in z mano. Vstopite, razpravljali bomo o tem vprašanju. Tukaj ali na PM.

  3. Kigarn

    AS FOR ME, ONCE YOU CAN SEE

  4. Ciro

    Your opinion is your opinion

  5. Tarrin

    Ali so lahko napake?



Napišite sporočilo