Примена на феноменот на суперспроводливост. Употреба на суперспроводливост Практична примена на суперспроводливост

Живееме во свет каде што сè е меѓусебно поврзано, а нашата иднина зависи од она што го правиме денес. Во овој текст В.М. Песков не повикува да размислиме за проблемот на односот меѓу човекот и природата.

Обраќајќи се на темата, писателот ги наведува како пример зборовите на еден научник кој долго време ја проучува вселената: „Мораме да се грижиме за нашиот дом - нашата родна Земја“. Авторот, анализирајќи го штетното влијание на човекот врз животната средина, нагласува дека ние сме дел од „сложената шема на живот на нашата планета“, стоиме на чело на животинскиот свет и природниот свет, зависиме од нив исто како што тие зависат од нас, и затоа е глупаво и непромислено да истребува ретки животински видови, да ја загадува и уништи животната средина, со надеж дека ќе се „пресели“ на друга планета.

Авторот смета дека луѓето треба да се грижат за нашата планета и за сето она што го населува, бидејќи нема друга шанса да се видат ретки природни феномениили, на пример, нема да има „ќелав орел“ - имаме само една планета што „нè храни, ни дозволува да дишеме, нè снабдува со вода, топлина и радост на животот“. Ако не дозволиме да постои целиот живот на земјата, тој ќе исчезне, а и ние ќе исчезнеме заедно со него.

Целосно се согласувам со мислењето на писателот и исто така верувам во тоа светотима потреба од нашата грижа, исто како што ни треба топлина, воздух, храна и убавина - воопшто, сè што ни дава нашата планета. Треба да се грижиме за Земјата, бидејќи нема да имаме друга како неа.

В.П. Астафиев во своето дело „Кралот е риба“ ни покажува дека природата е жива и духовна, таа е способна и да го награди човекот за грижата и да го казни за неговата дрскост и болка. Главен карактерработи, тој се замислуваше себеси како „крал на природата“ и веруваше дека може да располага со неа како што сака. Откако ја фатил „кралската риба“, тој, спротивно на наредбите на дедо му, подлегнал на алчноста и решил сам да се справи со неа, за што бил казнет со паѓање во реката. И, без разлика колку Игнатич се обидуваше да обвини сè околу него за неговата, како што тогаш му се чинеше, неизбежна смрт, тој сепак се покаја за сите свои гревови, за кои доби можност да живее понатаму.

Во приказната на А.И. Авторот Куприн „Олесија“ прикажа пример за правилен однос кон природата. главен карактерТаа го живееше целиот свој живот во единство со светот околу неа - чувствуваше суптилна врска меѓу себе и шумата и ја доживуваше како нешто живо, обдарено со душа. Девојчето е многу поблиску до природниот свет отколку до урбанизираниот свет на луѓето, и затоа таа секогаш стоеше да ги заштити сите жители на шумата.

Така, можеме да заклучиме дека луѓето треба да ја ценат Земјата, да се грижат за неа и да не заборават дека покрај нас, има уште многу живи суштества на кои им требаме исто како што ни требаме. Само со сфаќање на ова можеме да ја спасиме нашата планета.

Суперпроводници

Како што се намалува температурата, електричната отпорност на металите се намалува, а при многу ниски (криогени) температури, електричната спроводливост на металите се приближува до апсолутна нула.

Во 1911 година, кога прстен од замрзната жива се оладил на температура од 4,2 К, холандскиот научник Г. Камерлинг-Онес открил дека електричниот отпор на прстенот одеднаш паднал на многу мала вредност што не може да се измери. Такво исчезнување електричен отпор, т.е. појавата на бесконечна спроводливост во материјалот беше наречена суперспроводливост.

Материјалите кои имаат способност да се трансформираат во суперспроводлива состојба кога се ладат на доволно ниска температура се нарекуваат суперпроводници. Критичната температура на ладење при која се случува преминот на супстанцијата во суперспроводлива состојба се нарекува преодна температура на суперспроводливост или критична преодна температура Tcr.

Преминот кон суперспроводлива состојба е реверзибилен. Кога температурата се зголемува до Tc, материјалот се враќа во својата нормална (непроводлива) состојба.

Особеноста на суперпроводниците е онаа што некогаш биле индуцирани во суперспроводливо коло електрична енергијаќе циркулира долго време (години) по ова коло без забележително намалување на неговата сила и, згора на тоа, без дополнително снабдување со енергија однадвор. Допаѓа постојан магнетваквото коло создава магнетно поле во околниот простор.

Во 1933 година, германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд откриле дека суперпроводниците, по преминот во суперспроводлива состојба, стануваат идеални дијамагнетни материјали. Затоа, надворешното магнетно поле не продира во суперспроводливото тело. Ако преминот на материјалот во суперспроводлива состојба се случи во магнетно поле, тогаш полето се „истурка“ од суперпроводникот.

Познатите суперпроводници имаат многу ниски критични преодни температури Tk. Затоа, уредите што користат суперпроводници мора да работат во услови на ладење со течен хелиум (температурата на втечнување на хелиумот при нормален притисок е приближно 4,2 К). Ова ги комплицира и ги зголемува трошоците за производство и работа на суперспроводливи материјали.

Покрај живата, суперспроводливоста е вродена и кај другите чисти метали ( хемиски елементи) и разни легури и хемиски соединенија. Сепак, најмногу метали како сребро и бакар ниски температури, постигнат во моментов, не може да се пренесе во суперспроводлива состојба.

Можностите за користење на феноменот на суперспроводливост се одредуваат со вредностите на температурата на транзиција во суперспроводлива состојба Tk и јачината на критичното магнетно поле.

Суперспроводливите материјали се поделени на меки и тврди. Меки суперпроводници вклучуваат чисти метали, со исклучок на ниобиум, ванадиум, телуриум. Главниот недостаток на меките суперпроводници е ниската вредност на јачината на критичното магнетно поле.

Во електротехниката, меките суперпроводници не се користат, бидејќи суперспроводливата состојба во овие материјали исчезнува веќе во слаб магнетни полињапри мали густини на струја.

Цврстите суперпроводници вклучуваат легури со искривени кристални решетки. Тие ја задржуваат суперспроводливоста дури и при релативно високи густини на струја и силни магнетни полиња.

Својствата на цврстите суперпроводници се откриени во средината на овој век, а до денес проблемот на нивното истражување и примена е еден од најважните проблеми модерната наукаи технологијата.

Цврстите суперпроводници имаат голем број карактеристики:

· при ладењето, преминот во суперспроводлива состојба не се случува нагло, како кај меките суперпроводници, туку преку одреден температурен интервал;

· некои од цврстите суперпроводници имаат не само релативно високи вредности на критичната преодна температура Tk, туку и релативно високи вредности на критичната магнетна индукција Bcr;

· кога се менува магнетната индукција, може да се забележат средни состојби помеѓу суперспроводливоста и нормалната;

имаат тенденција да ја трошат енергијата кога поминуваат низ нив наизменична струја;

· зависност на својствата на суперспроводливост од технолошките начини на производство, чистотата на материјалот и совршенството на неговата кристална структура.

Врз основа на нивните технолошки својства, цврстите суперпроводници се поделени на следниве типови:

· релативно лесно деформирачки, од кои може да се направат жици и ленти [ниобиум, легури на ниобиум-титаниум (Nb-Ti), ванадиум-галиум (V-Ga)];

· тешко се деформира поради кршливост, од кои производите се произведуваат со методи на металургија на прав (меѓуметални материјали како ниобиум станнид Nb3Sn).

Честопати, суперспроводливите жици се обложени со „стабилизирачка“ обвивка од бакар или друг метал што добро спроведува струја и топлина, што овозможува да се избегне оштетување на основниот материјал на суперпроводникот ако температурата ненамерно се зголеми.

Во некои случаи се користат композитни суперспроводливи жици, во кои голем бројтенки филаментарни суперпроводници се затворени во масивна обвивка од бакар или друг несуперпроводлив материјал.

Филмовите од суперспроводливи материјали имаат посебни својства:

· критичната преодна температура Tcr во некои случаи значително ја надминува Tcr на рефус материјали;

· големи вредности на ограничувачките струи што минуваат низ суперпроводникот;

· помал температурен опсег на премин кон суперспроводлива состојба.

Суперпроводниците се користат за создавање: електрични машини и трансформатори со мала маса и големина со висок коефициент корисна акција; кабелски линииза пренос на енергија со голема моќност на долги растојанија; брановоди со особено ниско слабеење; уреди за складирање енергија и мемориски уреди; магнетни леќи електронски микроскопи; индуктори на печатено коло.

Голем број уреди за складирање и елементи на автоматизација и компјутерска технологија се создадени врз основа на филмски суперпроводници.

Електромагнетните намотки направени од суперпроводници овозможуваат да се добијат максималните можни вредности на јачината на магнетното поле

Прашањата за различни апликации на суперспроводливи материјали почнаа да се дискутираат речиси веднаш по откривањето на феноменот на суперспроводливост. Камерлинг Онес исто така верувал дека со помош на суперпроводници е можно да се создадат економични инсталации за производство на силни магнетни полиња. Сепак, вистинската употреба на суперпроводници започна во 50-тите и почетокот на 60-тите години на 20 век. Во моментов се користат суперспроводливи магнети со различни големини и форми. Нивната употреба отиде подалеку од чисто научно истражување, а денес тие се широко користени во лабораториската пракса, во технологијата на акцелератори, томографи и инсталации за контролирани термонуклеарни реакции. Со помош на суперспроводливост, стана возможно значително да се зголеми чувствителноста на многу мерни инструменти. Таквите уреди се нарекуваат лигњи(од англиски Суперспроводливи уреди за квантни пречки). Посебно внимание треба да се посвети на воведувањето на лигњите во технологијата, вклучувајќи ја и модерната медицина.

Суперпроводниците моментално се најшироко користени во полето на создавање силни магнетни полиња. Современата индустрија произведува различни жици и кабли од суперпроводници тип II, кои се користат за правење намотки на суперспроводливи магнети, кои произведуваат значително посилни полиња (повеќе од 20 Тесла) отколку кога се користат железни магнети. Суперспроводливите магнети се исто така поекономични. Така, на пример, за одржување на поле од 100 kG во бакарен соленоид со внатрешен дијаметар од 4 cm и должина од 10 cm, потребна е електрична моќност од најмалку 5100 kW, која мора целосно да се отстрани со водено ладење на магнет. Ова значи дека најмалку 1 m 3 вода во минута мора да се испумпува низ магнетот, а потоа дополнително да се излади. Во суперспроводливата верзија, таков волумен на магнетно поле се создава многу едноставно, потребно е само да се конструира хелиум криостат за ладење на намотките, што е едноставна техничка задача.

Друга предност на суперспроводливите магнети е тоа што тие можат да работат во режим на краток спој, каде што полето е „замрзнато“ во јачината на звукот, обезбедувајќи практично временско-независна стабилност на полето. Ова својство е многу важно при проучување на супстанции со помош на методи на нуклеарна магнетна и електронска парамагнетна резонанца, во томографи итн.

Друга примена на суперпроводниците е создавање на лежишта и потпори без триење. Ако суперспроводлива сфера се постави над метален прстен со струја, тогаш на нејзината површина се индуцира суперспроводлива струја поради ефектот Мајснер, што доведува до појава на одбивни сили помеѓу прстенот и сферата, а сферата може да виси над прстен. Сличен ефект може да се забележи ако постојан магнет е поставен над суперспроводлив прстен. Ова може да биде основа за создавање, на пример, нови начини на транспорт. Станува збор за создавање воз со магнетна левитација во која нема да има целосно загуби поради триење на коловозот. Модел долг 400 метри на таков суперпроводен пат бил изграден во Јапонија во 1970-тите. Пресметките покажуваат дека воз со магнетна левитација ќе може да достигне брзина до 500 km/h. Таквиот воз „ќе лебди“ над шините на растојание од 2-3 см, што ќе му даде можност да забрза до наведените брзини.

Во моментов, широко се користат суперспроводливи резонатори на празнина, чиј фактор на квалитет може да достигне . Од една страна, таквите уреди овозможуваат да се добие висока фреквентна селективност. Од друга страна, суперспроводливите резонатори се широко користени во суперспроводливите акцелератори, што овозможува значително намалување на моќта потребна за создавање на забрзано електрично поле.

Примената на суперспроводливост може да доведе до создавање на ултра брзи електронски компјутери. Станува збор за таканаречените криотрони - префрлување на суперспроводливи елементи. Таквите уреди може лесно да се комбинираат со суперспроводливи мемориски елементи. Важна предност на криотроните во однос на конвенционалните полупроводнички уреди е отсуството на барања за енергија во стабилна состојба. По создавањето на спојниците Џозефсон, беше предложено да се заменат криотроните со нив, и се покажа дека времето на префрлување на таков систем е околу 10 -12 секунди. Ова е она што се отвора широки перспективида се создадат најмоќните компјутери, но досега овие случувања се само лабораториски примероци.

Повеќето ветувачки насокиВисокотемпературните суперпроводници се широко користени во криоенергетиката и криоелектрониката. Cryoenergetics веќе има развиено метод за производство на прилично долги (до неколку километри) жици и кабли врз основа на бизмут HTSC материјали. Ова е веќе доволно за производство на мали мотори со суперспроводливи намотки, суперспроводливи трансформатори, индуктори итн. Врз основа на овие материјали, создадени се суперспроводливи соленоиди кои обезбедуваат магнетни полиња од редот на 10.000 Гаус на температура на течен азот (77 К).

Во криоелектрониката, развиена е техника за производство на филмски лигњи, кои по нивните карактеристики практично не се инфериорни во однос на нивните аналози на хелиум. Усовршена е техника за производство на совршени магнетни екрани од HTSC, особено за проучување на биомагнетни полиња. Од HTSC се создаваат антени, далноводи, резонатори, филтри, мешалки за фреквенции итн.

Темпото на технолошките и применетите истражувања е многу високо, така што е можно индустријата да го совлада производството на производи од суперпроводници со висока температура пред да се разјасни природата на суперспроводливоста во соединенијата на метал-оксидите. За технологијата, она што е примарно важно е самиот факт на постоење на материјали кои се суперспроводливи на доволно висока температура. Сепак, насоченото и значајно движење напред, вклучително и во технолошката сфера, е невозможно без сеопфатно проучување на веќе познатите HTSC, без разбирање на сите сложености на суперспроводливоста на висока температура како исклучително интересен физички феномен.

ПРИМЕНА НА ФЕНОМЕНОТ НА СУПЕРСпроводливост

Според законот електромагнетна индукција, секоја електрична струја возбудува магнетно поле околу себе. Суперпроводниците спроведуваат струја практично без загуби кога се одржуваат на ултра ниски температури (ниска температурна суперспроводливост - LTSC), што ги прави идеален материјал за правење електромагнети. Во медицината, широко се користи таква медицинска дијагностичка процедура како електронска томографија. Се изведува на скенер користејќи го принципот на нуклеарна магнетна резонанца (NMR), а пациентот, без да го знае тоа, е на неколку сантиметри од суперспроводливи електромагнети. Токму тие го создаваат полето кое им овозможува на лекарите да добијат високопрецизни слики со попречен пресек на ткивото на човечкото тело без потреба да прибегнуваат кон скалпел.

Најшироко користени суперспроводливи материјали во електротехниката се легурата на ниобиум-титаниум и меѓуметалното соединение ниобиум-калај. Технолошки процесипроизводството на екстремно тенки ниобиум-титаниумски филаменти и нивната стабилизација постигна многу високо ниворазвој. Кога се создаваат повеќежилни проводници базирани на ниобиум-калај, широко се користи таканаречената бронзена технологија.

Развојот на технологијата на суперпроводници е поврзан и со создавање на течности и фрижидери со сè поголем капацитет за ладење на температурно ниво на течен хелиум. Еволуцијата на преодната температура на суперспроводливост доведе до можност за користење на ладилни средства со сè повисоки точки на вриење (течен хелиум, водород, неон, азот).

Суперспроводливоста ја наоѓа својата најширока вистинска примена во создавањето на големи електромагнетни системи. Веќе во 80-тите. минатиот век во СССР беше лансирана првата светска инсталација за термонуклеарна фузија Т-7 со суперспроводливи калеми на тороидално магнетно поле.

Суперспроводливи калеми се користат и за комори со меурчиња од водород, големи акцелератори елементарни честички. Производството на такви намотки за забрзувачи е доста тешко, бидејќи барањето за исклучително висока униформност на магнетното поле го прави неопходно строго да се придржуваат до наведените димензии.

ВО последните годиниФеноменот на суперспроводливост се повеќе се користи во развојот на турбогенератори, електрични мотори, хомополарни машини, тополошки генератори, крути и флексибилни кабли, уреди за прекинување и ограничување струја, магнетни сепаратори, транспортни системи итн. Исто така, треба да се забележи дека таков насока во работата на суперспроводливост како создавање уреди за мерење на температури, стапки на проток, нивоа, притисоци итн.

Извор на работа: Решение 3736. Единствен државен испит 2017. Руски јазик. И.П. Цибулко. 36 опции.

(1) Суперпроводниците се користат за создавање уреди кои се технички невозможни или економски непрофитабилни за производство со користење на традиционални спроводнички материјали - бакар и алуминиум. (2)<...>моќни магнетни системи за инсталации за термонуклеарна фузија или акцелератори на честички, ултра-брзи ограничувачи на струја, медицински томографи, спектрометри со висока резолуција, примероци од перспективни воена опрема, возовите со магнетна левитација се создаваат со помош на суперспроводливи материјали. (3) Уредите направени со употреба на суперспроводливи материјали се карактеризираат со значително помала големина и тежина.

Вежба 1.Наведете две реченици кои правилно ја пренесуваат ГЛАВНАТА информација содржана во текстот. Запишете ги броевите на овие реченици.

2) При создавање моќни магнетни системи за инсталации за термонуклеарна фузија или забрзувачи на честички, понекогаш се користат ултра брзи ограничувачи на струјата, медицински томографи, спектрометри со висока резолуција, примероци од перспективна воена опрема, возови за магнетна левитација, суперспроводливи метали.

3) За да се создадат структури што е непрактично да се конструираат користејќи само традиционални проводнички материјали - бакар и алуминиум, се користат и суперпроводници.

5) За производство на такви уреди, кои мора да имаат мал волумен и тежина со различни функции што ги извршуваат, се користат проводници.

Решение.

Во оваа задача избираме ДВЕ реченици кои правилно ја пренесуваат најважната содржина на текстот. Најверојатно, овие реченици ќе ги содржат истите информации.

1. Означете ги главните информации на текстот.

(1) Суперпроводниците се користат за создавање уреди кои не се економски исплатливи да се направат од конвенционални спроводници.(3) Овие уреди се помали по големина и тежина.

2. Наоѓаме реченици во кои оваа информација е пренесена без искривување или грешка.

1) Погоден.

2) Беа пренесени секундарни информации.

3) Не сите информации.

4) Погоден.

5) Не сите информации.

Испитување. Избраните опции мора да ги содржат истите информации.

1) За да се создадат уреди што се невозможни или непрофитабилни за производство со користење на конвенционални проводници, се користат суперпроводници за да помогнат овие уреди да бидат покомпактни и лесни. (Суперпроводниците се користат за создавање уреди што е невозможно или непрофитабилно да се направат од конвенционални проводници, а суперпроводниците исто така ги прават уредите полесни и покомпактни.)

4) Суперпроводниците се користат за создавање уреди, чие производство од конвенционални проводници е невозможно или економски непрофитабилно, а употребата на суперпроводници ги прави уредите помалку обемни и тешки. (Суперпроводниците се користат за создавање уреди што е невозможно или непрофитабилно да се направат од конвенционални проводници, а суперпроводниците исто така ги прават уредите полесни и покомпактни.)

Како одговор, запишете два броја без празни места или запирки.

Предавање 1.1.3. Суперпроводници и криопроводници

Постојат 27 чисти метали и повеќе од илјада различни легури и соединенија кои можат да преминат во суперспроводлива состојба. Тие вклучуваат чисти метали, легури, меѓуметални соединенија и некои диелектрични материјали.

Во 1911 година, кога прстен од замрзната жива се оладил на температура од 4,2 К, холандскиот научник Г. Камерлинг-Онес открил дека електричниот отпор на прстенот одеднаш паднал на многу мала вредност што не може да се измери. Ова исчезнување на електричниот отпор, т.е. појавата на бесконечна спроводливост во материјалот беше наречена суперспроводливост.

Особеноста на суперпроводниците е дека штом ќе се индуцира електрична струја во суперспроводливо коло, таа ќе циркулира долго време (години) по ова коло без забележително намалување на неговата сила и, згора на тоа, без дополнително снабдување со енергија однадвор. . Како постојан магнет, таквото коло создава магнетно поле во околниот простор.

Во 1933 година, германските физичари В. Мајснер и Р. Охсенфелд открија дека суперпроводниците, по преминот во суперспроводлива состојба, стануваат идеални дијамагнети. Затоа, надворешното магнетно поле не продира во суперспроводливото тело. Ако преминот на материјалот во суперспроводлива состојба се случи во магнетно поле, тогаш полето се „истурка“ од суперпроводникот.

Покрај живата, суперспроводливоста е вродена и кај други чисти метали (хемиски елементи) и разни легури и хемиски соединенија. Сепак, металите како што се среброто и бакарот не може да се претворат во суперспроводлива состојба на најниските температури што моментално се постигнуваат.

Суперспроводливите материјали се поделени на меки и тврди. Меки суперпроводници вклучуваат чисти метали, со исклучок на ниобиум, ванадиум и телуриум. Главниот недостаток на меките суперпроводници е ниската вредност на јачината на критичното магнетно поле.

Во електротехниката, меките суперпроводници не се користат, бидејќи суперспроводливата состојба во овие материјали исчезнува веќе во слаби магнетни полиња при мала густина на струјата.

Својствата на цврстите суперпроводници се откриени во средината на нашиот век, а до денес проблемот на нивното истражување и примена е еден од најважните проблеми на современата наука и технологија.

Цврстите суперпроводници имаат голем број карактеристики:

· имаат тенденција да ја трошат енергијата кога низ нив поминува наизменична струја;

· зависност на својствата на суперспроводливоста од технолошките услови на производство, чистотата на материјалот и совршенството на неговата кристална структура.

Врз основа на нивните технолошки својства, цврстите суперпроводници се поделени на следниве типови:

Во некои случаи, се користат композитни суперспроводливи жици, во кои голем број на тенки филаментарни суперпроводници се затворени во масивна обвивка од бакар или друг несуперспроводлив материјал.

Филмовите од суперспроводливи материјали имаат посебни својства:

· критичната преодна температура Tcr во некои случаи значително ја надминува Tcr на рефус материјали;

· големи вредности на ограничувачките струи што минуваат низ суперпроводникот;

· помал температурен опсег на премин кон суперспроводлива состојба.

Суперпроводниците се користат за создавање: електрични машини и трансформатори со мала маса и големина со висока ефикасност; кабелски линии за пренос на енергија со голема моќност на долги растојанија; брановоди со особено ниско слабеење; уреди за складирање енергија и мемориски уреди; магнетни леќи на електронски микроскопи; индуктори на печатено коло.

Намотките на електромагнети направени од суперпроводници овозможуваат да се добијат максимални можни вредности на јачината на магнетното поле.