초전도성, 현상, 발견, 이론 및 응용
초전도성, 현상, 발견, 이론, 신청, 및 초전도 온도.
초전도는 특정 물질이 특정 값 이하의 온도에 도달 할 때 전기 저항이 전혀없는 특성입니다. (임계 온도라고).
설명. 초전도 현상:
초전도성 특정 재료가 특정 값 이하의 온도에 도달하면 전기 저항이 전혀없는 특성입니다. (임계 온도라고).
초전도성 있다 금속 및 그 합금, 반도체, 및 세라믹 재료 및 기타 물질. 초전도 합금과 재료도 있습니다. 집단 또는 모두 요소구성에 들어가기, 초전도체가 아닐 수 있습니다. 예를 들면, 황화물, 금과 주석으로 수은의 영광.
재료의 초전도 상태 온도가 임계 값 미만일 때 점진적으로 발생하지 않고 비약적으로 발생합니다.. 이 온도 이상에서 금속, 합금 또는 기타 재료가 정상 상태입니다., 그리고 그 아래 – 초전도에서. 일부 물질의 경우 특정 외부 조건에서 초전도 상태로의 전환이 가능합니다., 예를 들면, 특정 압력 값에 도달하면.
초전도성 현상으로 몇 가지 효과가 수반됩니다. 두 가지가 매우 중요합니다.: 전기 저항의 소멸 및 자속의 방출 (들) 그 범위에서. 따라서, 임계 전류뿐만 아니라, 임계 자기장은 초전도체가 초전도성을 잃는 자기장의 특정 값입니다..
초전도 현상 실제로 시연 가능. 지휘자를 취하면, 반복, 폐쇄하기 전기 같은 회로, 임계 온도 이하로 냉각하고 전류를 공급합니다., 그런 다음 전류원을 제거하십시오, 이러한 도체의 전류는 무제한으로 존재합니다..
지금 사용 가능 상온에서 초전도 특성을 갖는 초전도체.
초전도의 발견:
초전도 현상 처음 발견되었습니다 1911 금속의 전기 저항이 온도에 미치는 영향을 조사한 네덜란드 물리학 자 Heike kamerlingh Onnes.
그가 다시 관심을 갖게 된 초저온 1893, 그가 극저온 실험실을 설립했을 때.
에 1908 그는 액체 헬륨을 얻을 수있었습니다.
그것으로 냉각, 금속 수은, 그는 절대 영도에 가까운 온도에서 (4,15 케이), 전기 저항 (아르 자형) 수은이 갑자기 0으로 떨어짐.
에 1912 두 금속이 저온에서 초전도 상태로되는 것을 발견했습니다, 납과 주석.
이후 개봉 및 기타 초전도체.
자연, 초전도의 설명과 이론:
완전히 만족스러운 초전도 이론 현재 실종되었다.
에 1957, 성 조지. Bardin, 엘. 쿠퍼와 J. Sniffer는 소위 BCS 이론을 제안했습니다. (Bardeen – Cooper – shriffer).
전류는 전자의 움직임. 기존 지휘자에서, 전자는 단일하고 독립적으로 이동하여 경로의 다양한 장애물을 극복합니다.. 이동 중, 그들은 서로 충돌하고 결정 격자와 충돌하여 에너지를 잃습니다.. 그러므로, 다른 장애물로 인해 도체에서 발생 전기 저항.
정상 상태의 전자는 다음 값을 갖는 스핀을가집니다. -1/2 또는 +1/2. 그러나 특정 조건에서 (온도가 임계 값 미만일 때), 그들은 쌍을 이룬다. 스핀 값이 반대 인 전자는 서로 끌립니다.. 이 교육받은 커플을 Cooper pair라고도합니다.. 이 쌍은 스핀이 0이고 전자 전하가 두 배입니다.. 이 쌍의 총 스핀은 0과 같기 때문에, 그리고 그것은 boson의 속성을 가지고 있습니다. bosons 형성 응축수 Bose-Einstein, 모든 무료 bosons에 합류, 동일한 양자 상태에 있습니다.. 그들은 단일 개체가됩니다., 격자 및 나머지 전자와 충돌하지 않고 이동할 수 있습니다., 그건, 에너지 손실없이, 전기 저항없이. 그래서 초전도 효과가 있습니다.
하지만, 이 이론은 고온에서의 초전도성을 설명 할 수 없습니다 (고온 초전도).
분류, 초전도체의 종류:
임계 온도에서 초전도체는 저온으로 나뉩니다., 임계 온도 이하인 경우 77 케이 (-196 ° C) 그리고 고온.
분리 온도는 질소의 끓는점입니다., 그것은 77.4 케이 (-195,75 ° C).
이 부서는 실용적인 가치가 있습니다. 첫 번째 경우, 냉각은 액체 또는 기체 헬륨으로 이루어집니다., 두 번째 경우 – 더 저렴한 액체 또는 기체 질소.
자기장에 대한 초전도체의 반응은 초전도체 유형 I 및 II 초전도체입니다.
자기장의 특정 값만을 달성하는 최초의 초전도체 (소위 임계 자기장 Hc) 초전도성을 잃다. 초전도체 주변의 자기장 값으로, 그리고 그것은 끝났습니다 – 관통하고 도체는 초전도성을 잃습니다.
유형 II 초전도체에 두 개의 임계 자기장 값 Hc1 및 Hc2가 있음. 첫 번째 임계 값 Hc1의 자기장이 초전도체 본체에 부분적으로 자기장을 침투 할 때, 그러나 초전도성은 유지되었습니다. 두 번째 임계 필드 Hc2 위, 초전도가 완전히 파괴됨. 초전도체의 첫 번째 임계 값에서 두 번째 임계 값까지의 자기장은 소용돌이 구조입니다. 자기 들.
초전도체의 재료는 순수한 원소로 나뉩니다., 합금, 세라믹, 철 기반 초전도체, 유기 초전도체, 등.
금속의 초전도 온도, 합금 및 기타 재료:
| 기재 | 임계 온도, 케이 | 중요 분야 (...에서 0 케이), GS (이자형*) | |
| 1 종 초전도체 | Hc | ||
| 로듐 | 0,000325 | 0,049 | |
| 텅스텐 | 0,012 | 1* | |
| 하프늄 | 0,37 | — ** | |
| 타이탄 | 0,39 | 60 | |
| 루테늄 | 0,47 | 46* | |
| 카드뮴 | 0,52 | 28 | |
| 큐빅 지르코니아 | 0,55 | 65* | |
| 오스뮴 | 0,71 | 46,6* | |
| 우라늄 | 0,8 | — ** | |
| 아연 | 0,85 | 53 | |
| 로듐 | 0,9 | — ** | |
| 갈륨 | 의 1.08 | 59 | |
| 알류미늄 | 1,2 | 100* | |
| 레늄 | 1,7 | 188* | |
| 이중층 그래 핀 | ~1,7 | 500 | |
| 합금 AI-Bi | 1,84 | — ** | |
| 탈륨 | 2,37 | 180 | |
| 인듐 | 3,41 | 280 | |
| 믿다 | 3,72 | 305 | |
| 수은 | 4,15 | 411 | |
| 은 | 4,5 | 830* | |
| 바나듐 | 4,89 | 1340* | |
| 선두 | 7,19 | 803 | |
| 테크네튬 | 11,2 | — ** | |
| H2S (황화수소) | 203 압력에 150 GPA | 720 000 | |
| 2 종 초전도체 | Hc1 | Hc2 | |
| 니오브 | 9,25 | 1735 | 4040 |
| Nb3Sn | 18,1 | – | 220 000 |
| Nb3Ge | 23,2 | – | 400 000 |
| Pb1Mo5,1S6 | 14.4 V | – | 600 000 |
| YBa2Cu3O7 | 93 | 1000*** | 1 000 000*** |
| HgBa2Ca2Cu3O8 + x | 135 | — ** | — ** |
표 참고:
* 표시된 재료 * OE에 지정된 필드의 임계 값 (에르스텟), 나머지 GS에게 (가우스).
** – 데이터 없음.
*** 절대 0으로 외삽.
초전도체의 특성:
1. 제로 전기 저항.
엄밀히 말하자면, 초전도체의 저항은 일정한 전류에 대해서만 0입니다.. 초전도체를 통과하는 동안의 저항은 교류 전류가 0이고 온도가 증가함에 따라 증가합니다..
2. 초전도체의 임계 온도.
3. 임계 자기장 초전도체.
초전도체가 초전도성을 잃고 정상 도체의 정상 상태 특성이되는이 자기장 값.
임계 자기장의 값은 초전도체의 재료에 따라 다르며 수십 가우스에서 수십만 가우스까지 다양합니다.. 재료의 초전도 값 표에서 절대 영도의 임계 자기장을 나타냅니다. (0 케이).
임계 자기 임계 온도는 상호 연관되어 있습니다.. 초전도체 임계 자기장의 온도가 내려갈 때. 초전도 상태에서 정상 상태 임계 자기장으로의 전이 온도는 0입니다., 절대 제로에서는 가능합니다.
온도에 대한 임계 장의 정확도는 다음 식으로 설명됩니다.:
NS(티) = FNL · (1 – T2 / Tc2)
NS(티), 주어진 온도에서 임계 자기장, NSO – 영점 온도에서 임계 필드, T는 지정된 온도입니다., TC – 임계 온도.
II 형 초전도체 용, 우리는 자기장의 두 값을 지정합니다. 또한 초전도를 파괴하지 않고 II 형 초전도체를 견딜 수있는 거대한 분야가 무엇인지 쉽게 알 수 있습니다..
4. 초전도체의 임계 전류.
이 값은 초전도 상태의 손실없이 초전도체를 견딜 수있는 최대 직류 전류입니다.. 이 값을 초과 할 때, 초전도체는 초전도성을 잃는다.
임계 자기장으로, 임계 전류는 온도에 반비례합니다., 증가와 함께 감소.
5. 부피에서 초전도체에 의한 자기장의 방출.
이 현상은 발견 자의 이름을 따서 마이스너 효과라고 불렀습니다..
마이스너 효과는 완전한 퇴학을 의미합니다. 자기의 초전도 상태로의 전환에서 도체의 부피에서 필드. 초전도체 내부의 자화는 0과 같습니다.. 처음으로이 현상은 1933, 독일 물리학 자 W. 마이스너와 R. Oxfield.
하지만, 모든 초전도체가 완전한 마이스너 효과가있는 것은 아닙니다.. 완전한 마이스너 효과를 나타내는 물질을 제 1 종 초전도체 및 제 2 종 초전도체라고합니다.. 초전도체의 경우 Hc1 – Hc2 값 범위의 자기장이 Abrikosov 와류 형태로 침투하여 작용합니다.. 하지만, 낮은 자기장에서는 (Hc 및 Hc1의 낮은 값 ) Meissner 효과를 완성하면 모든 유형의 초전도체가 있습니다..
초전도체의 부피에 자기장이 없다는 것은 전기 같은 전류는 초전도체의 표층에만 흐릅니다..
6. 침투 깊이.
이것은 자속이 초전도체를 관통하는 거리입니다. 일반적으로, 이 값을 andonovski 침투 깊이라고합니다. (런던 형제 이후).
침투 깊이는 온도의 함수입니다., 그녀에게 정비례하고 재료마다 다릅니다..
마이스너 효과의 작용에 따라, 자기장은 표면층에서 순환하는 전류에 의해 초전도체에서 방출됩니다., 그 두께는 침투 깊이와 거의 같습니다.. 이러한 전류는 자기장을 생성합니다., 외부에서 적용된 kompensiruet 필드, 그가 안으로 들어 가지 못하게.
자기장에 도달하면 임계 값이 침투 깊이를 완전히 관통하고 전체 초전도체를 포착합니다..
7. 일관성 길이.
이것은 전자가 서로 상호 작용하는 거리입니다, 초전도 상태 생성. 일관성 길이 내의 전자는 일관되게 움직입니다. (마치 “쪽으로”).
8. 비열.
이 값은 온도를 올리는 데 필요한 열량을 보여줍니다. 1 물질의 그램 1 케이.
초전도체의 비열이 갑자기 (갑자기) 초전도 상태로의 전이 온도 근처에서 증가, 그리고 빨리 (갑자기) 온도가 감소함에 따라 감소. 다시 말해, 초전도 상태에서 물질의 온도를 높이려면 전이 영역에서 정상보다 더 많은 열이 필요합니다., 그리고 매우 낮은 온도에서 – 반대로.
초전도의 응용:
– 강한 자기장을 얻기 위해. 초전도체가 강한 전류로 통과 한 이후, 강한 자기장 생성, 열 손실 없음. 강한 자기장을 얻기 위해 II 형 초전도체는 임계 자기장 HC2가 매우 크기 때문에 사용됩니다.,
전기 케이블 및 전력선 (전력선). 그래서, 전송을 위해 전류를 전달할 수있는 초전도체에서 나온 하나의 얇은 전기 케이블은 일반적으로 전도체는 상당한 크기를 가져야합니다. (직경),
– 고전류 발전기 및 모터,
– 측정 기기에서,
Maglie에서 (자기 부상 열차).
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