Свойства сверхпроводников

Сверхпроводники обладают следующими свойствами:

1. Нулевое электрическое сопротивление

2. Эффект Мейснера.

3. Фазовый переход в сверхпроводящее состояние. Переход вещества в сверхпроводящее состояние сопровождается изменением его тепловых свойств.

4. Эффект Литтла – Паркса, согласно которому температура перехода тонкостенного цилиндра в сверхпроводящее состояние периодически зависит от величины магнитного потока.

5. Изотопический эффект - температуры Т_с обратно пропорциональны квадратным корням из атомных масс изотопов одного и того же сверхпроводящего элемента.

6. Момент Лондона. Возникновение магнитного момента («момента Лондона»), в результате того, что вращающийся сверхпроводник генерирует магнитное поле, точно выровненное с осью вращения.

Сверхпроводники 1го и 2го рода

По своему поведению в магнитных полях сверхпроводники разделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода.

К сверхпроводникам 1-го рода относятся материалы, эффект выталкивания магнитного поля в которых проявляется вплоть до критического поля (значение поля, выше которого сверхпроводник находится в нормальном состоянии) В< Bк. Сверхпроводник находится полностью в состоянии мейсснеровской фазы.

К сверхпроводникам 2-го рода относятся материалы у которых при слабых полях (меньше 500 Гс) В<Bк1 обнаруживается эффект полного выталкивания, но в полях Вк1< B< Bк2 (100 кГс и больше) наблюдается частичное выталкивание магнитного поля. Эта фаза называется смешанным состоянием или фазой Шубникова.

Применение

На сегодняшний день основные сферы применения сверхпроводимости - это медицинские установки магнитно-резонансной терапии (именно в этих аппаратах впервые удалось эффективно использовать явление) и электроника.

В промышленных целях наибольший интерес в сверхпроводимости связан с генерированием, передачей и использованием электроэнергии. Например, по сверхпроводящему кабелю диаметром несколько дюймов можно передавать столько же электроэнергии, как и по огромной сети ЛЭП, причем с очень малыми потерями или вообще без них. Стоимость изготовления изоляции и охлаждения криопроводников должна компенсироваться эффективностью передачи энергии. С появлением керамических сверхпроводников, охлаждаемых жидким азотом, передача электроэнергии с применением сверхпроводников становится экономически очень привлекательной.

Еще одно возможное применение сверхпроводников – в мощных генераторах тока и электродвигателях малых размеров. Обмотки из сверхпроводящих материалов могли бы создавать огромные магнитные поля в генераторах и электродвигателях, благодаря чему они были бы значительно более мощными, чем обычные машины. Опытные образцы давно уже созданы, а керамические сверхпроводники могли бы сделать такие машины достаточно экономичными.

Сверхпроводниковые технологии чрезвычайно привлекательны для применения на флоте – как гражданском, так и военном. Сверхпроводниковые приводы и генераторы отличаются высокой компактностью при массе в 2-3 раза меньшей, чем у традиционных аналогов и обладают высокой тягой даже на низких оборотах. Отказ от механических редукторов и переход к прямому приводу гребного винта электродвигателем существенно поднимает КПД силовой установки. Уровень вибраций и шумов также значительно ниже, что важно не только для военных применений, но и для круизных лайнеров и рыболовецких судов. С развитием СП-технологий сверхпроводящие двигатели найдут широкое применение также и в самолетах и на автомобильном транспорте. Инженеры давно уже задумывались о том, как можно было бы использовать огромные магнитные поля, создаваемые с помощью сверхпроводников, для магнитной подвески поезда (магнитной левитации). За счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, индуцируемым в направляющем проводнике, поезд двигался бы плавно, без шума и трения и был бы способен развивать очень большую скорость.

Вывод

Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что сверхпроводники дают колоссальные возможности для развития технологий будущего. К примеру, усовершенствование и распространение магнито-левитационных железных дорог. Единственная в мире действующая пассажирская магнитно-левитационная (но не сверхпроводящая), протяженностью в 30,5 км, расположена в Китае. Строительство сверхпроводящей железной дороги запланировано в Японии. Предполагается, что линия длиной 290 км соединит Токио и район в центральной Японии. Используемая технология подразумевает применение электродинамической подвески на сверхпроводящих магнитах, установленных как на поезде, так и на трассе. Тестовые испытания были успешно проведены еще в 2003 г., в их ходе был поставлен мировой рекорд скорости передвижения поезда (581 км/час). Ожидается, что дорога будет введена в эксплуатацию к 2020 г.

Весьма заманчивы перспективы применения сверхпроводящих магнитов в энергетике. Сверхпроводящее электрооборудование позволит резко увеличить электрические и магнитные нагрузки в элементах устройств, благодаря чему резко сократятся их размеры. Плотность тока в сверхпроводящих проводах по меньшей мере в десятки раз превышает плотность тока в обычных проводах. Напряженность магнитного поля можно будет довести до 10 тысяч эрстед, что на порядок больше, чем в обычных машинах. В ряде стран разрабатываются электронакопительные системы на сверхпроводящих магнитах для регулирования пиковых нагрузок в больших электросетях, токоограничители и выключатели для коммутации мощных электроэнергетических сетей. В настоящее время электронакопительные системы на сверхпроводящих магнитах используются для обеспечения безопасности электроснабжения отдельных предприятий. По-видимому, в ближайшие годы такая технология будет применена для системы энергоснабжения крупного города. Можно сказать, обращаясь к нашей ближайшей истории, что использование такой технологии сделало бы московский сбой в энергоснабжении в мае 2005 года незаметным для жителей Москвы.

Литература

1. http://energyland.info/analitic-show-9615

2. http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_3347.html

3. http://www.krugosvet.ru/

4. http://ru.wikipedia.org/

Поиск по сайту: