1 / 18

SUPRAVODLJIVOST

SUPRAVODLJIVOST. Osnovni pojmovi:. Najopćenitija definicija supravodljivosti glasi: Supravodljivost je pojava nestanka električnog otpora i potiskivanja unutarnjeg magnetskog polja (pojava znana kao Meissnerov učinak), a najčešće do nje dolazi u metalima pri niskim temperaturama.

lida
Download Presentation

SUPRAVODLJIVOST

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SUPRAVODLJIVOST

  2. Osnovni pojmovi: • Najopćenitija definicija supravodljivosti glasi: Supravodljivost je pojava nestanka električnog otpora i potiskivanja unutarnjeg magnetskog polja (pojava znana kao Meissnerov učinak), a najčešće do nje dolazi u metalima pri niskim temperaturama. • Supravodiči: vodiči koji imaju otpor nula (ili jako blizu nuli) • Kritična temperatura supravodiča: ona temperatura pri kojoj otpor u vodiču teži k nuli http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/physics_at_work/2005/exhibit/images/irc1.jpg

  3. Otkriće supravodljivosti i povijesni razvoj: • Za otkriće supravodljivosti je zaslužan nizozemski fizičar Heike Kammerling Onnes (1911. godina) • Već 1908. godine uspješno je ukapio helij i postigao temperaturu od 4,2 K. U to je vrijeme već bilo poznato da se sa snižavanjem temperature otpor metala smanjuje, ali je postojalo nekoliko teorija o njegovoj vrijednosti na temperaturama blizu apsolutne nule. Lord Kelvin je vjerovao da na vrlo niskim temperaturama prestaje svako gibanje elektrona, dok su drugi, među kojima je bio i Onnes, smatrali da otpor postepeno otpada i na nekoj temperaturi poprima minimalnu vrijednost. • Onnesovo otkriće je manifestacija prvog bitnog svojstva supravodiča: hlađenjem ispod neke određene (tzv. kritične) temperature Tc njihov električni otpor je nula, i struja kroz njih teče bez gubitka praktički beskončno dugo (odnosno sve dok je materijal na temperaturi koja je niža od kritične temperature). • Eksperimentom je utvrđeno da je otpor u Onnesovom supravodiču iznosiomanje od 10ˉ²³ Ohma • 1913. Onnes je dobio Nobelovu nagradu Heike Kammerling Onnes http://www.kb.nl/hkc/nobel/onnes/onnes-boerhaave.jpg

  4. Grafička usporedba: Normalni vodič Supravodič

  5. Kritične temperature nekih supravodiča:

  6. SVOJSTVA SUPRAVODIČA: 1. Vođenje struje bez električnog otpora 2. Istiskivanje magnetskog polja (Meissnerov efekt)

  7. 1. VOĐENJE STRUJE BEZ ELEKTRIČNOG OTPORA • Onnesovo otkriće je manifestacija prvog bitnog svojstva supravodiča: hlađenjem ispod neke određene (tzv. kritične) temperature TC njihov električni otpor je nula, i struja kroz njih teče bez gubitaka praktički beskonačno dugo (odnosno sve dok je materijal na temperaturi koja je niža od kritične temperature). • U praksi je utvrđeno da je i nakon 4 godine po isključivanju izvora struje i dalje tekla tim krugom, a da se ni najpreciznijim mjerenjima nije moglo utvrditi nikakvo smanjenje njene jakosti. • Ako jakost struje u supravodiču prijeđe određenu vrijednost ( Ic ), materijal prelazi iz supravodljivog stanja u normalno • KRITIČNA STRUJA, Ic : • Maksimalna vrijednost jakosti struje koja može teći supravodičem ( a da materijal ostane supravodljiv) • Ona ovisi o materijalu i temperaturi • Za svaki materijal najveća je pri 0 K i s porastom temperature postepeno pada sve do kritične temperature, kada postane nula

  8. 2. ISTISKIVANJE MAGNETSKOG POLJA (MEISSNEROV EFEKT) • Meissner-Ochsenfeldovo otkriće: • Ako se neki materijal koji ima supravodljiva svojstva stavi u magnetsko polje i ohladi na temperaturu koja je niža od kritične temperature TC, magnetsko polje biti će istisnuto iz unutrašnjosti supravodiča (točnije rečeno, prodiranje magnetskog polja biti će samo u tankom površinskom sloju, pri čemu će to polje eksponencijalno trnuti). Na površini supravodiča induciraju se struje koje stvaraju takvo magnetsko polje koje poništava vanjsko polje, te je u unutrašnjosti supravodiča magnetsko polje uvijek nula. • Ova pojava se opisuje kao idealni dijamagnetizam. • Meissnerov efekt se javlja samo za relativno slaba magnetska polja; ako polje prijeđe određenu (kritičnu) vrijednost, ono prodire u cijelu unutrašnjost supravodiča i materijal prelazi u normalno stanje • Do šezdesetih godina ovog stoljeća intenzivna eksperimentalna i teorijska istraživanja supravodljivosti imala su za cilj pronaći materijale sa što višom vrijednošću kritične temperature, ali i dati potpuno fizikalno objašnjenje same pojave. 1957. godine Bardeen, Cooper i Schrieffer su postavili cjeloviti teorijski model (tzv. BCS teorija).

  9. BSC TEORIJA • Znanstvenici zaslužni za tu teoriju su: John Bardeen, Leon Cooper i John Schriefer. • 1957. je razvijena, a 1972. donjela je Nobelovu nagradu • Prema toj teoriji supravodljivost je posljedica stvaranja parova elektrona uz pomoć vibracija kristalne rešetke (fonona). • Slikovito ta teorija supravodljivosti tumači kao “igru” elektrona razdijeljenih u parove ( tzv. Cooperovi parovi ). Slobodni elektron koji se giba kristalnom rešetkom međudjeluje s ionima izvlačeći ih iz njihovog ravnotežnog položaja i tako stvara porast pozitivnog naboja, kojim se može privući drugi elektron. • Unatoč uobičajenom elektrostatskom odbijanju može se između ova 2 elektrona pojaviti privlačenje. Ako sila privlačenja nadjača silu odbijanja, elektroni će formirati par i njihova energija se smanji za energiju vezanja para.

  10. No činjenicu da je supravodljivost moguća samo pri izrazito niskim temperaturama nisu prihvaćali svi, što je i dovelo do eksperimentiranja i teorijskih nastojanja da se pronađu novi materijali sa što višom kritičnom temperaturom. • 1986. godine Bednorz i Miller su otkrili da keramički La-Ba-Cu-O spoj ima supravodljivi prijelaz na 35 K. Bio je to početak novih istraživanja tzv. visokotemperaturnih supravodiča. 1987. spoj pronađeno je da je spoj YBa2Cu3Ox (YBCO) supravodljiv iznad 90 K, a kasnije su sintetizirani i druge takve tzv. perovskitne strukture, s vrijednostima kritičnih temperatura iznad 130 K. • Otkriće visokotemperaturnih supravodiča predstavljalo je i prekretnicu u širem prihvaćanju supravodljivosti, koju je sada bilo moguće postići pomoću jeftinog tekućeg dušika (koji se ukapljuje na 77 K). U odnosu na "klasične" supravodiče, nove materijale karakteriziraju i veće gustoće struja,i iako još nisu u potpunosti razriješeni svitehnološki problemi, oni će omogućiti jošznačajnije korištenje supravodljivosti.

  11. PRIMJENA SUPRAVODLJIVOSTI I. Vođenje el.struje bez gubitaka energije • U laboratoriju se već odavno koriste supravodljivi elektromagneti • U računalima • Generatori, trnsformatori, elektromotori II. Iskorištavanje Meissnerovog efekta • U laboratoriju, lebdeći vlakovi • Nakon što se u supravodljiv magnet pusti struja (i iskopča) ne treba više napajanja • Struja se u njemu trajno održava, jer nema gubitka na omski otpor • Naravno, za vrijeme rada on se cijelo vrijeme drži u tekućem heliju

  12. LEVITACIJA • Posljedica savršene dijamagnetičnosti supravodiča • Npr. permanentni magnet i podloga od supravodljivog materijala • Ako je podloga na temperaturi iznad kritične temperature (normalno stanje) magnet leži na podlozi • Ako se temperatura podloge snizi ispod kritične temperatue materijal postaje supravodljiv,magnet se diže iznad površine podloge i ostaje lebdjeti

  13. MAGLEV* • Eng*: Magnetic levitation (magnetska levitacija) • U svijetu se već više godina primjenjuju lebdeći vlakovi koji kao prednosti imaju brzinu i niz ekoloških prednosti. • Rekordna brzina je postugnuta u Japanu 2003. godine a iznosila je 581 km/h. http://en.wikipedia.org/wiki/File:JR-Maglev-MLX01-2.jpg

  14. Novi supravodiči • Műller i Bednorz su 1987. dobili Nobelovu nagradu za fiziku za otkriće visokotemperaturne supravodljivosti u keramičkim bakrenim oksidima. • Našli su da uzorak keramičkog oksida barija, lantana i bakra pokazuje kritičnu temperaturu supravodljivoga prijelaza na 35 K • To je bilo čak 12 °C više od rekorda iz 1973. ostvarenog na niobijevim spojevima • Kasnije je postignut supravodljiv prijelaz iznad 90 K u uzroku YBa2Cu3O7-x, a 1988. (prijelaz je na 125 K) • PROBLEMI NOVIH SUPRAVODIČA:Kruti su i krhki su te su im kritične struje vrlo male

  15. PROBLEMI SUPRAVODLJIVOSTI • Kao što smo već spomenuli supravodljivost se odvija na vrlo niskim temperaturama što otežava primjenu u svakodnevnom životu (naime, razlika između sobne temperature od 293K i 4,2 K je poprilična) • Upravo u tome leži najveći problem, koji je uvijek glavni faktor u znanosti a to je financijski faktor. Održanje vodiča u supravodljivom stanju bi zahtjevalo njihovo držanje u tekućem heliju a to je PRESKUPO i nažalost još uvijek neekonomično. • Novi supravodiči koji imaju veće kritične temperature su kruti i krhki i zbog toga se od njih ne mogu napraviti žice

  16. LITERATURA • www.eskola.hfd.hr • www.wikipedia.com • Vladimir Paar: Fizika (za srednje škole) Napravio: Matko Topolovec N3261

  17. HVALA NA PAŽNJI !S R E T N O !

More Related