Superconduttività
è una proprietà mostrata da alcuni materiali a temperature molto basse.
I materiali trovati per avere questa proprietà includono i metalli e le loro leghe
(stagno, alluminio e altri), alcuni semiconduttori e alcune ceramiche
noti come cuprati che contengono atomi di rame e ossigeno. UN
superconduttore conduce elettricità senza resistenza, un unico
proprietà. Inoltre respinge perfettamente i campi magnetici in un fenomeno
noto come effetto Meissner, perdendo qualsiasi campo magnetico interno esso
avrebbe potuto avere prima di essere raffreddato a una temperatura critica. Perché
di questo effetto, alcuni possono essere fatti fluttuare all’infinito sopra un forte
campo magnetico.
Per qualificarti per il
la maggior parte dei materiali superconduttori, la temperatura critica è inferiore a circa
30 K (circa -406°F o -243°C). Alcuni materiali, chiamati
superconduttori ad alta temperatura, fai la transizione di fase a questo
stato a temperature critiche molto più elevate, tipicamente superiori a 70 K
(circa -334°F o -203°C) e talvolta fino a 138 K
(circa -211°F o -135°C). Questi materiali sono quasi
sempre ceramica cuprato-perovskite. Vengono visualizzati leggermente diversi
proprietà rispetto ad altri superconduttori e il modo in cui hanno transizione
ancora non è stato del tutto spiegato. A volte sono chiamati di tipo II
superconduttori per distinguerli dal tipo più convenzionale
I.
Il progetto
La teoria dei superconduttori convenzionali a bassa temperatura, tuttavia, è
capito bene. In un conduttore, gli elettroni fluiscono attraverso un ionico
reticolo di atomi, rilasciando parte della loro energia nel reticolo e
riscaldare il materiale. Questo flusso è chiamato elettricità. Perché il
gli elettroni urtano continuamente contro il reticolo, alcuni dei loro
l’energia viene persa e la corrente elettrica diminuisce di intensità man mano che
viaggia in tutto il conduttore. Questo è ciò che si intende per elettrico
resistenza in conduzione.
In
un superconduttore, gli elettroni che fluiscono si legano tra loro in
arrangiamenti chiamati coppie Cooper, che devono ricevere una scossa sostanziale
di energia da spezzare. Gli elettroni nella mostra delle coppie di Cooper
proprietà superfluidiche, scorrendo all’infinito senza resistenza. Il
freddo estremo significa che gli atomi dei suoi membri non vibrano intensamente
abbastanza per separare le coppie Cooper. Di conseguenza, le coppie rimangono
indefinitamente legati l’uno all’altro finché la temperatura rimane al di sotto
il valore critico.
elettroni
in Cooper le coppie si attraggono attraverso lo scambio di fononi,
unità quantizzate di vibrazione, all’interno del reticolo vibrante del
Materiale. Gli elettroni non possono legarsi direttamente tra loro nel modo in cui
i nucleoni lo fanno perché non sperimentano la cosiddetta
forza forte, la “colla” che trattiene i protoni e
neutroni insieme nel nucleo. Inoltre, gli elettroni sono tutti
caricati negativamente e di conseguenza si respingono l’un l’altro se ottengono troppo
chiudere insieme. Ogni elettrone aumenta leggermente la carica del
reticolo atomico che lo circonda, creando un dominio di rete of
carica positiva che a sua volta attrae altri elettroni. La dinamica di
È stato descritto l’accoppiamento di Cooper nei superconduttori convenzionali
matematicamente dalla teoria della superconduzione BCS, sviluppata nel 1957
di John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer.
As
gli scienziati continuano a scoprire nuovi materiali che superconducono a livelli più alti
temperature, si stanno avvicinando alla scoperta di un materiale che
integrarsi con le nostre reti elettriche e progetti elettronici senza incorrere
enormi bollette di refrigerazione. Un importante passo avanti è stato fatto nel 1986 quando
JG Bednorz e KA Müller hanno scoperto quelli che lavorano a
temperature più elevate, aumentando la temperatura critica in modo tale che il
la necessaria freddezza potrebbe essere ottenuta con azoto liquido piuttosto che
con il costoso elio liquido. Se i ricercatori potessero scoprire ulteriori informazioni
materiali che potrebbero essere utilizzati in questo modo, forse diventerebbe
economicamente fattibile per trasmettere energia elettrica per molto tempo
distanze senza alcuna perdita di potenza. Anche una varietà di altre applicazioni
esistono in acceleratori di particelle, motori, trasformatori, accumulatori di energia,
filtri magnetici, scansione fMRI e levitazione magnetica