Superconductor at cryoconductor
Superconductor at cryoconductor
Kilalang 27 purong metal at higit sa isang libong iba't ibang mga haluang metal at compound kung saan posible ang paglipat sa isang superconducting na estado. Kabilang dito ang mga purong metal, haluang metal, intermetallic compound, at ilang dielectric na materyales.
Mga superconductor
Kapag bumaba ang temperatura tiyak na electrical resistance ng mga metal bumababa at sa napakababang (cryogenic) na temperatura, ang electrical conductivity ng mga metal ay lumalapit sa absolute zero.
Noong 1911, nang pinalamig ang isang singsing ng frozen na mercury sa temperatura na 4.2 K, natuklasan ng Dutch scientist na si G. Kamerling-Onnes na ang electrical resistance ng mga singsing ay biglang bumaba sa napakaliit na halaga na hindi masusukat. Ang ganitong pagkawala ng electrical resistance, i.e. ang hitsura ng walang katapusang kondaktibiti sa isang materyal ay tinatawag na superconductivity.
Ang mga materyales na may kakayahang pumasa sa isang superconducting state kapag pinalamig sa isang sapat na mababang antas ng temperatura ay nagsimulang tawaging superconductor.Ang kritikal na temperatura ng paglamig kung saan mayroong paglipat ng bagay sa isang superconducting state ay tinatawag na superconducting transition temperature o kritikal na transition temperature na Tcr.
Ang isang superconducting transition ay nababaligtad. Kapag ang temperatura ay tumaas sa Tc, ang materyal ay babalik sa kanyang normal (non-conducting) na estado.
Ang isang katangian ng mga superconductors ay na kapag na-induce sa isang superconducting circuit, ang electric current ay magpapalipat-lipat sa mahabang panahon (taon) kasama ang circuit na ito nang walang kapansin-pansing pagbawas sa lakas nito at, bukod dito, nang walang karagdagang supply ng enerhiya mula sa labas. Tulad ng isang permanenteng magnet, ang naturang circuit ay lumilikha sa nakapalibot na espasyo magnetic field.
Noong 1933, itinatag ng mga German physicist na sina V. Meissner at R. Oxenfeld na ang mga superconductor sa panahon ng paglipat sa superconducting state ay naging ideal na diamagnets. Samakatuwid, ang panlabas na magnetic field ay hindi tumagos sa isang superconducting body. Kung ang paglipat ng materyal sa isang superconducting na estado ay nangyayari sa isang magnetic field, pagkatapos ay ang field ay "itulak" palabas ng superconductor.
Ang mga kilalang superconductor ay may napakababang kritikal na temperatura ng paglipat Tc. Samakatuwid, ang mga aparato kung saan ginagamit nila ang mga superconductor ay dapat gumana sa ilalim ng mga kondisyon ng paglamig ng likidong helium (ang temperatura ng liquefaction ng helium sa normal na presyon ay humigit-kumulang 4.2 DA SE). Ito ay nagpapalubha at nagpapataas ng gastos ng pagmamanupaktura at pagpapatakbo ng mga superconducting na materyales.
Bukod sa mercury, ang superconductivity ay likas sa iba pang mga purong metal (mga elemento ng kemikal) at iba't ibang mga haluang metal at mga kemikal na compound. Gayunpaman, sa karamihan ng mga metal tulad ng pilak at tanso, ang mababang temperatura na naabot sa sandaling ito ay nagiging superconducting kung nabigo ang kundisyon.
Ang mga posibilidad ng paggamit ng hindi pangkaraniwang bagay ng superconductivity ay tinutukoy ng mga halaga ng temperatura ng paglipat sa superconducting state ng Tc at ang kritikal na lakas ng magnetic field.
Ang mga superconducting na materyales ay nahahati sa malambot at matigas. Kasama sa malambot na superconductor ang mga purong metal, maliban sa niobium, vanadium, tellurium. Ang pangunahing kawalan ng malambot na superconductor ay ang mababang halaga ng kritikal na lakas ng magnetic field.
Sa electrical engineering, ang mga soft superconductor ay hindi ginagamit, dahil ang superconducting state sa kanila ay nawawala na sa mahina na magnetic field sa mababang kasalukuyang densidad.
Ang mga solid superconductor ay kinabibilangan ng mga haluang metal na may distorted crystal lattice. Pinapanatili nila ang superconductivity kahit na sa medyo mataas na kasalukuyang density at malakas na magnetic field.
Ang mga katangian ng solid superconductor ay natuklasan sa kalagitnaan ng siglong ito, at hanggang ngayon ang problema ng kanilang pananaliksik at aplikasyon ay isa sa pinakamahalagang problema ng modernong agham at teknolohiya.
Ang mga solid superconductor ay may ilang mga function:
-
sa paglamig, ang paglipat sa estado ng superconducting ay hindi nangyayari nang biglaan, tulad ng sa malambot na superconductor at para sa isang tiyak na pagitan ng temperatura;
-
ang ilan sa mga solid superconductor ay may hindi lamang medyo mataas na mga halaga ng kritikal na temperatura ng paglipat ng Tc, ngunit din medyo mataas na mga halaga ng kritikal na magnetic induction Vkr;
-
sa mga pagbabago sa magnetic induction, maaaring maobserbahan ang mga intermediate na estado sa pagitan ng superconducting at normal;
-
may posibilidad na mawala ang enerhiya kapag dumadaan sa alternating current sa kanila;
-
nakakahumaling na mga katangian ng superconductivity mula sa mga teknolohikal na pamamaraan ng produksyon, kadalisayan ng materyal at ang pagiging perpekto ng kristal na istraktura nito.
Ayon sa mga teknolohikal na katangian, ang mga solid superconductor ay nahahati sa mga sumusunod na uri:
-
medyo madaling deformable kung saan wire at strips [niobium, niobium-titanium alloys (Nb-Ti), vanadium-gallium (V-Ga)];
-
mahirap mag-deform dahil sa pagkasira, kung saan ang mga produkto ay nakuha sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng metalurhiya ng pulbos (mga intermetallic na materyales tulad ng niobium stanide Nb3Sn).
Kadalasan ang mga superconducting wire na natatakpan ng isang "nagpapatatag" na kaluban na gawa sa tanso o iba pang mataas na conductive na materyal kuryente at ang init ng metal, na ginagawang posible upang maiwasan ang pagkasira ng base material ng superconductor na may hindi sinasadyang pagtaas ng temperatura.
Sa ilang mga kaso, ginagamit ang mga composite superconducting wire, kung saan ang isang malaking bilang ng mga manipis na filament ng superconducting na materyal ay nakapaloob sa isang solidong kaluban ng tanso o iba pang non-conducting na materyal.
Ang mga materyales ng superconducting film ay may mga espesyal na katangian:
-
kritikal na temperatura ng paglipat Tcr sa ilang mga kaso ay makabuluhang lumampas sa Tcr bulk materyales;
-
malalaking halaga ng paglilimita ng mga alon na dumaan sa superconductor;
-
mas mababang hanay ng temperatura ng paglipat sa estado ng superconducting.
Ginagamit ang mga superconductor kapag lumilikha ng: mga de-koryenteng makina at mga transformer na may maliit na masa at sukat na may mataas na kadahilanan ng kahusayan; malalaking linya ng cable para sa paghahatid ng kuryente sa malalayong distansya; lalo na ang mga low attenuation waveguides; nagtutulak ng kapangyarihan at memorya ng mga aparato; magnetic lenses ng electron microscopes; inductance coils na may naka-print na mga kable.
Batay sa mga superconductor ng pelikula ay lumikha ng isang bilang ng mga storage device at mga elemento ng automation at teknolohiya sa pag-compute.
Ginagawang posible ng mga electromagnetic coils mula sa mga superconductor na makuha ang pinakamataas na posibleng halaga ng lakas ng magnetic field.
Cryoprobes
Ang ilang mga metal ay maaaring umabot sa mababang (cryogenic) na temperatura ng napakaliit na halaga ng partikular na electrical resistance p, na daan-daan at libu-libong beses na mas mababa kaysa sa electrical resistance sa normal na temperatura. Ang mga materyales na may ganitong mga katangian ay tinatawag na cryoconductor (hyperconductor).
Sa pisikal, ang phenomenon ng cryoconductivity ay hindi katulad ng phenomenon ng superconductivity. Ang kasalukuyang density sa mga cryoconductor sa mga operating temperature ay libu-libong beses na mas mataas kaysa sa kasalukuyang density sa kanila sa normal na temperatura, na tumutukoy sa kanilang paggamit sa mga high-current na electrical device na napapailalim sa mataas na mga kinakailangan para sa pagiging maaasahan at kaligtasan ng pagsabog.
Application ng cryoconductor sa mga de-koryenteng makina, cable, atbp. ay may malaking kalamangan sa mga superconductor.
Kung ang likidong helium ay ginagamit sa mga superconducting device, ang operasyon ng cryoconductor ay sinisiguro dahil sa mas mataas na punto ng kumukulo at murang mga nagpapalamig - likidong hydrogen o kahit na likidong nitrogen. Pinapasimple at binabawasan nito ang gastos sa pagmamanupaktura at pagpapatakbo ng device. Gayunpaman, kinakailangang isaalang-alang ang mga teknikal na paghihirap na lumitaw kapag gumagamit ng likidong hydrogen, na bumubuo, sa isang tiyak na ratio ng mga bahagi, isang paputok na pinaghalong may hangin.
Tulad ng mga cryoprocessor ay gumagamit ng tanso, aluminyo, pilak, ginto.
Pinagmulan ng Impormasyon: "Electromaterials" Zhuravleva L. V.