Zastosowanie zjawiska nadprzewodnictwa. Zastosowania nadprzewodnictwa Praktyczne zastosowania nadprzewodnictwa

Żyjemy w świecie, w którym wszystko jest ze sobą powiązane, a nasza przyszłość zależy od tego, co zrobimy dzisiaj. W tym tekście V.M. Pieskow zachęca do zastanowienia się nad problemem relacji człowieka do natury.

Podejmując ten temat, pisarz przytacza jako przykład słowa naukowca od dawna badającego przestrzeń kosmiczną: „Musimy dbać o nasz dom – naszą rodzimą Ziemię”. Autorka analizując szkodliwy wpływ człowieka na człowieka środowisko, podkreśla, że jesteśmy częścią „złożonego wzorca życia na naszej planecie”, stoimy na czele świata zwierząt i świata przyrody, jesteśmy od nich zależni tak samo, jak oni od nas, i dlatego jest to głupie i lekkomyślne eksterminować rzadkie gatunki zwierząt, zanieczyszczać i niszczyć środowisko, mając nadzieję „przenieść się” na inną planetę.

Autor uważa, że ludzie powinni dbać o naszą planetę i wszystko, co ją zamieszkuje, bo nie ma innej szansy na zobaczenie rzadkich Zjawiska naturalne albo np. nie będzie „bielika” – mamy tylko jedną planetę, która „karmi nas, pozwala oddychać, dostarcza wody, ciepła i radości życia”. Jeśli nie pozwolimy, aby całe życie na ziemi istniało, zniknie ono, a my znikniemy wraz z nim.

Całkowicie zgadzam się z opinią autora i również w to wierzę świat potrzebuje naszej opieki, tak jak my potrzebujemy ciepła, powietrza, pożywienia i piękna – w ogóle wszystkiego, co daje nam nasza planeta. Musimy dbać o Ziemię, bo drugiej takiej nie będziemy mieć.

wiceprezes Astafiew w swoim dziele „Król jest rybą” pokazuje nam, że przyroda jest żywa i duchowa, jest w stanie zarówno nagrodzić człowieka za jego opiekę, jak i ukarać go za bezczelność i ból. Główny bohater działa, wyobrażał sobie siebie jako „króla natury” i wierzył, że może nią dysponować, jak chce. Gdy złowił „królewską rybę”, wbrew rozkazom dziadka uległ chciwości i postanowił uporać się z nią sam, za co został ukarany wpadnięciem do rzeki. I bez względu na to, jak Ignatyich próbował obwiniać wszystko wokół siebie za swoją, jak mu się wówczas wydawało, nieuniknioną śmierć, niemniej jednak żałował za wszystkie swoje grzechy, za które otrzymał możliwość dalszego życia.

W opowiadaniu A.I. Kuprina „Olesya” autor przedstawił przykład prawidłowego stosunku do natury. główny bohater Przez całe życie żyła w jedności z otaczającym ją światem – czuła subtelną więź między sobą a lasem i postrzegała go jako coś żywego, obdarzonego duszą. Dziewczynie jest znacznie bliżej świata przyrody niż zurbanizowanego świata ludzi, dlatego zawsze stawała w obronie wszystkich mieszkańców lasu.

Możemy zatem stwierdzić, że ludzie powinni cenić Ziemię, dbać o nią i nie zapominać, że oprócz nas istnieje wiele innych żywych istot, które potrzebują nas tak samo, jak my ich potrzebujemy. Tylko uświadomiwszy sobie to, możemy ocalić naszą planetę.

Nadprzewodniki

Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się oporność elektryczna metali, a w bardzo niskich temperaturach (kriogenicznych) przewodność elektryczna metali zbliża się do zera absolutnego.

W 1911 roku, kiedy pierścień zamarzniętej rtęci schłodzono do temperatury 4,2 K, holenderski naukowiec G. Kammerlingh-Onnes odkrył, że opór elektryczny pierścienia nagle spadł do bardzo małej wartości, której nie można było zmierzyć. Takie zniknięcie opór elektryczny, tj. pojawienie się nieskończonej przewodności w materiale nazywano nadprzewodnictwem.

Materiały, które po schłodzeniu do odpowiednio niskiej temperatury mają zdolność przejścia w stan nadprzewodzący, nazywane są nadprzewodnikami. Krytyczna temperatura chłodzenia, w której następuje przejście substancji w stan nadprzewodzący, nazywana jest temperaturą przejścia w nadprzewodnictwo lub krytyczną temperaturą przejścia Tcr.

Przejście do stanu nadprzewodzącego jest odwracalne. Gdy temperatura wzrośnie do Tc, materiał powraca do swojego normalnego stanu (nieprzewodzącego).

Osobliwością nadprzewodników jest to, że są one indukowane w obwodzie nadprzewodzącym Elektryczność będzie krążyć po tym obwodzie przez długi czas (lata) bez zauważalnego spadku swojej siły, a co więcej, bez dodatkowego dopływu energii z zewnątrz. Tak jak trwały magnes taki obwód wytwarza pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni.

W 1933 roku niemieccy fizycy W. Meissner i R. Ochsenfeld odkryli, że nadprzewodniki po przejściu do stanu nadprzewodzącego stają się idealnymi materiałami diamagnetycznymi. Dlatego zewnętrzne pole magnetyczne nie przenika do ciała nadprzewodzącego. Jeżeli przejście materiału w stan nadprzewodzący następuje w polu magnetycznym, wówczas pole to jest „wypychane” z nadprzewodnika.

Znane nadprzewodniki mają bardzo niskie krytyczne temperatury przejścia Tk. Dlatego urządzenia wykorzystujące nadprzewodniki muszą działać w warunkach chłodzenia ciekłym helem (temperatura skraplania helu pod normalnym ciśnieniem wynosi około 4,2 K). Komplikuje to i zwiększa koszty produkcji i eksploatacji materiałów nadprzewodzących.

Oprócz rtęci nadprzewodnictwo jest nieodłącznym elementem innych czystych metali ( pierwiastki chemiczne) i różne stopy i związki chemiczne. Jednak co najwyżej metale takie jak srebro i miedź niskie temperatury, osiągany obecnie, nie mógł zostać przeniesiony do stanu nadprzewodzącego.

O możliwościach wykorzystania zjawiska nadprzewodnictwa decydują wartości temperatury przejścia do stanu nadprzewodzącego Tk oraz krytycznego natężenia pola magnetycznego.

Materiały nadprzewodzące dzielą się na miękkie i twarde. Miękkie nadprzewodniki obejmują czyste metale, z wyjątkiem niobu, wanadu i telluru. Główną wadą miękkich nadprzewodników jest niska wartość krytycznego natężenia pola magnetycznego.

W elektrotechnice nie stosuje się miękkich nadprzewodników, gdyż stan nadprzewodnictwa w tych materiałach zanika już w słabych warunkach. pola magnetyczne przy małych gęstościach prądu.

Do nadprzewodników stałych należą stopy z odkształceniami sieci krystaliczne. Zachowują nadprzewodnictwo nawet przy stosunkowo dużych gęstościach prądu i silnych polach magnetycznych.

Właściwości nadprzewodników stałych odkryto w połowie tego stulecia i do dziś problem ich badań i zastosowań jest jednym z najważniejszych problemów nowoczesna nauka i technologia.

Nadprzewodniki stałe mają szereg cech:

· po ochłodzeniu przejście do stanu nadprzewodzącego nie następuje nagle, jak w przypadku nadprzewodników miękkich, ale w pewnym przedziale temperatur;

· niektóre nadprzewodniki stałe mają nie tylko stosunkowo wysokie wartości krytycznej temperatury przejścia Tk, ale także stosunkowo wysokie wartości krytycznej indukcji magnetycznej Bcr;

· gdy zmienia się indukcja magnetyczna, można zaobserwować stany pośrednie pomiędzy nadprzewodnictwem a stanem normalnym;

mają tendencję do rozpraszania energii, gdy przez nie przechodzą prąd przemienny;

· zależność właściwości nadprzewodnictwa od technologicznych sposobów wytwarzania, czystości materiału i doskonałości jego struktury krystalicznej.

Ze względu na właściwości technologiczne nadprzewodniki stałe dzielą się na następujące typy:

· stosunkowo łatwo odkształcalny, z którego można wykonać druty i taśmy [niob, stopy niobu z tytanem (Nb-Ti), wanad-gal (V-Ga)];

· trudne do odkształcenia ze względu na kruchość, z którego powstają wyroby metodami metalurgii proszków (materiały międzymetaliczne np. cynianek niobu Nb3Sn).

Często druty nadprzewodzące powlekane są „stabilizującą” powłoką z miedzi lub innego metalu, która dobrze przewodzi prąd i ciepło, co pozwala uniknąć uszkodzenia materiału podstawowego nadprzewodnika w przypadku przypadkowego wzrostu temperatury.

W niektórych przypadkach stosuje się kompozytowe druty nadprzewodzące, w których duża liczba cienkie nadprzewodniki włókniste są zamknięte w masywnej powłoce z miedzi lub innego materiału nieprzewodzącego.

Folie materiałów nadprzewodzących mają szczególne właściwości:

· krytyczna temperatura przejścia Tcr w niektórych przypadkach znacznie przekracza Tcr materiałów sypkich;

· duże wartości prądów ograniczających przepływających przez nadprzewodnik;

· mniejszy zakres temperatur przejścia w stan nadprzewodzący.

Nadprzewodniki służą do tworzenia: maszyn elektrycznych i transformatorów o małej masie i rozmiarach, o wysokim współczynniku przydatna akcja; linie kablowe do przesyłania energii o dużej mocy na duże odległości; falowody o szczególnie niskim tłumieniu; urządzenia do magazynowania energii i urządzenia pamięci; soczewki magnetyczne mikroskopy elektronowe; cewki obwodów drukowanych.

W oparciu o nadprzewodniki foliowe stworzono szereg urządzeń pamięci masowej oraz elementów automatyki i techniki komputerowej.

Uzwojenia elektromagnesu wykonane z nadprzewodników pozwalają uzyskać maksymalne możliwe wartości natężenia pola magnetycznego

Niemal natychmiast po odkryciu zjawiska nadprzewodnictwa zaczęto omawiać zagadnienia różnych zastosowań materiałów nadprzewodzących. Kamerlingh Onnes wierzył także, że przy pomocy nadprzewodników możliwe jest stworzenie ekonomicznych instalacji do wytwarzania silnych pól magnetycznych. Jednak prawdziwe wykorzystanie nadprzewodników rozpoczęło się w latach 50. i na początku lat 60. XX wieku. Obecnie w użyciu są magnesy nadprzewodzące o różnych rozmiarach i kształtach. Ich użycie wykracza poza czysto badania naukowe, a dziś są szeroko stosowane w praktyce laboratoryjnej, w technologii akceleratorów, tomografach i instalacjach do kontrolowanych reakcji termojądrowych. Dzięki nadprzewodnictwu możliwe stało się znaczne zwiększenie czułości wielu przyrządów pomiarowych. Takie urządzenia nazywane są Kałamarnice(z angielskiego Nadprzewodzące kwantowe urządzenia zakłócające). Szczególną uwagę należy zwrócić na wprowadzenie SQUIDów do technologii, w tym współczesnej medycyny.

Nadprzewodniki są obecnie najszerzej stosowane w dziedzinie wytwarzania silnych pól magnetycznych. Współczesny przemysł wytwarza różnorodne druty i kable z nadprzewodników typu II, które służą do wytwarzania uzwojeń magnesów nadprzewodzących, które wytwarzają znacznie silniejsze pola (ponad 20 Tesli) niż przy użyciu magnesów żelaznych. Magnesy nadprzewodzące są również bardziej ekonomiczne. I tak np. do utrzymania pola 100 kG w miedzianym elektromagnesie o średnicy wewnętrznej 4 cm i długości 10 cm wymagana jest moc elektryczna co najmniej 5100 kW, którą należy całkowicie usunąć poprzez chłodzenie wodą magnes. Oznacza to, że przez magnes należy przepompować co najmniej 1 m 3 wody na minutę, a następnie dalej ją schłodzić. W wersji nadprzewodnikowej taką objętość pola magnetycznego wytwarza się w prosty sposób, wystarczy skonstruować kriostat helowy do chłodzenia uzwojeń, co jest prostym zadaniem technicznym.

Kolejną zaletą magnesów nadprzewodzących jest to, że mogą one pracować w trybie zwarciowym, w którym pole jest „zamrożone” w objętości, zapewniając praktycznie niezależną od czasu stabilność pola. Ta właściwość jest bardzo ważna przy badaniu substancji metodami magnetycznego rezonansu jądrowego i elektronowego rezonansu paramagnetycznego, w tomografach itp.

Innym zastosowaniem nadprzewodników jest tworzenie łożysk i podpór bez tarcia. Jeżeli nad metalowym pierścieniem z prądem umieścimy kulę nadprzewodzącą, to na jej powierzchni indukuje się prąd nadprzewodzący na skutek efektu Meissnera, co powoduje pojawienie się sił odpychania pomiędzy pierścieniem a kulą, w wyniku czego kula może wisieć nad pierścień. Podobny efekt można zaobserwować, jeśli magnes trwały zostanie umieszczony nad pierścieniem nadprzewodzącym. Może to być podstawą do stworzenia np. nowych gałęzi transportu. Mówimy o stworzeniu pociągu na zasadzie lewitacji magnetycznej, w którym nie będzie zupełnie żadnych strat powstałych na skutek tarcia na torze drogowym. Model takiej nadprzewodzącej drogi o długości 400 m zbudowano w Japonii jeszcze w latach 70. XX wieku. Obliczenia pokazują, że pociąg na lewitacji magnetycznej będzie w stanie osiągnąć prędkość do 500 km/h. Taki pociąg będzie „zawisał” nad szynami w odległości 2-3 cm, co da mu możliwość rozpędzenia się do zadanych prędkości.

Obecnie szeroko stosowane są nadprzewodzące rezonatory wnękowe, których współczynnik jakości może osiągnąć . Z jednej strony urządzenia takie umożliwiają uzyskanie selektywności wysokoczęstotliwościowej. Z drugiej strony rezonatory nadprzewodzące są szeroko stosowane w akceleratorach nadprzewodzących, umożliwiając znaczne zmniejszenie mocy wymaganej do wytworzenia przyspieszającego pola elektrycznego.

Zastosowanie nadprzewodnictwa może doprowadzić do stworzenia ultraszybkich komputerów elektronicznych. Mówimy o tzw. kriotronach – elementach nadprzewodzących przełączających. Urządzenia takie można łatwo łączyć z nadprzewodzącymi elementami pamięci. Ważną przewagą kriotronów nad konwencjonalnymi urządzeniami półprzewodnikowymi jest brak zapotrzebowania na energię w stanie ustalonym. Po stworzeniu złącz Josephsona zaproponowano zastąpienie nimi kriotronów i okazało się, że czas przełączania takiego układu wynosi około 10 -12 s. To jest to, co się otwiera szerokie perspektywy stworzyć najpotężniejsze komputery, ale jak dotąd te osiągnięcia to tylko próbki laboratoryjne.

Bardzo obiecujące kierunki Nadprzewodniki wysokotemperaturowe są szeroko stosowane w krioenergetyce i krioelektronice. Krioenergetyka opracowała już metodę wytwarzania dość długich (do kilku kilometrów) drutów i kabli w oparciu o bizmutowe materiały HTSC. To już wystarcza do produkcji małych silników z uzwojeniami nadprzewodzącymi, transformatorów nadprzewodzących, cewek indukcyjnych itp. Na bazie tych materiałów stworzono nadprzewodzące solenoidy, które wytwarzają pola magnetyczne rzędu 10 000 gausów w temperaturze ciekłego azotu (77 K).

W krioelektronice opracowano technikę produkcji filmowych SQUIDów, które pod względem właściwości praktycznie nie ustępują swoim analogom helu. Opanowano technikę wytwarzania doskonałych ekranów magnetycznych z HTSC, w szczególności do badania pól biomagnetycznych. Z HTSC powstają anteny, linie przesyłowe, rezonatory, filtry, miksery częstotliwości itp.

Tempo badań technologicznych i stosowanych jest bardzo duże, dlatego możliwe jest, że przemysł opanuje wytwarzanie wyrobów z nadprzewodników wysokotemperaturowych, zanim w sposób wiarygodny wyjaśniona zostanie natura nadprzewodnictwa w związkach tlenków metali. Dla technologii ważny jest przede wszystkim sam fakt istnienia materiałów, które w odpowiednio wysokiej temperaturze wykazują właściwości nadprzewodzące. Jednak ukierunkowany i znaczący postęp, także w sferze technologicznej, jest niemożliwy bez kompleksowych badań znanych już HTSC, bez zrozumienia wszystkich zawiłości nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego jako niezwykle interesującego zjawiska fizycznego.

ZASTOSOWANIE ZJAWISKA NAD PRZEWODNICTWA

Zgodnie z prawem Indukcja elektromagnetyczna, każdy prąd elektryczny wzbudza wokół siebie pole magnetyczne. Nadprzewodniki przewodzą prąd praktycznie bez strat, gdy są utrzymywane w bardzo niskich temperaturach (nadprzewodnictwo niskotemperaturowe - LTSC), co czyni je idealnym materiałem do produkcji elektromagnesów. W medycynie szeroko stosowana jest taka medyczna procedura diagnostyczna, jak tomografia elektronowa. Przeprowadza się go na skanerze wykorzystującym zasadę jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR), a pacjent nieświadomie znajduje się kilka centymetrów od nadprzewodzących elektromagnesów. To oni tworzą dziedzinę, która pozwala lekarzom na uzyskanie bardzo precyzyjnych obrazów przekrojowych tkanki ludzkiego ciała bez konieczności użycia skalpela.

Najpowszechniej stosowanymi materiałami nadprzewodzącymi w elektrotechnice są stop niobu i tytanu oraz związek międzymetaliczny niobu i cyny. Procesy technologiczne produkcja niezwykle cienkich włókien niobowo-tytanowych i ich stabilizacja osiągnęły bardzo dobre wyniki wysoki poziom rozwój. Przy tworzeniu przewodników wielożyłowych na bazie niobu i cyny powszechnie stosuje się tak zwaną technologię brązu.

Rozwój technologii nadprzewodników wiąże się także z powstawaniem skraplaczy i lodówek o coraz większej wydajności chłodniczej na poziomie temperatury ciekłego helu. Ewolucja temperatury przejścia w stan nadprzewodzący doprowadziła do możliwości stosowania czynników chłodniczych o coraz wyższych temperaturach wrzenia (ciekły hel, wodór, neon, azot).

Nadprzewodnictwo znajduje najszersze rzeczywiste zastosowanie w tworzeniu dużych układów elektromagnetycznych. Już w latach 80. ubiegłego wieku w ZSRR uruchomiono pierwszą na świecie instalację syntezy termojądrowej T-7 z cewkami nadprzewodzącymi o toroidalnym polu magnetycznym.

Cewki nadprzewodzące są również stosowane w komorach pęcherzykowych wodoru i dużych akceleratorach cząstki elementarne. Produkcja takich cewek do akceleratorów jest dość trudna, ponieważ wymóg wyjątkowo dużej równomierności pola magnetycznego powoduje konieczność ścisłego przestrzegania określonych wymiarów.

W ostatnie lata Zjawisko nadprzewodnictwa jest coraz częściej wykorzystywane w rozwoju turbogeneratorów, silników elektrycznych, maszyn jednobiegunowych, generatorów topologicznych, kabli sztywnych i giętkich, urządzeń przełączających i ograniczających prąd, separatorów magnetycznych, systemów transportowych itp. Należy również zauważyć, że takie zjawisko kierunek prac nad nadprzewodnictwem jako tworzenie urządzeń do pomiaru temperatury, natężenia przepływu, poziomu, ciśnienia itp.

Źródło pracy: Decyzja 3736. Jednolity egzamin państwowy 2017. Język rosyjski. IP Cybulko. 36 opcji.

(1) Nadprzewodniki służą do tworzenia urządzeń, których wytworzenie jest technicznie niemożliwe lub nieopłacalne ekonomicznie przy użyciu tradycyjnych materiałów przewodzących – miedzi i aluminium. (2)<...>potężne systemy magnetyczne do instalacji syntezy termojądrowej lub akceleratorów cząstek, ultraszybkie ograniczniki prądu, tomografy medyczne, spektrometry wysokiej rozdzielczości, próbki obiecujących wyposażenie wojskowe pociągi lewitujące magnetycznie powstają przy użyciu materiałów nadprzewodzących. (3) Urządzenia wykonane z materiałów nadprzewodzących charakteryzują się znacznie mniejszymi rozmiarami i wagą.

Ćwiczenie 1. Wskaż dwa zdania, które prawidłowo przekazują GŁÓWNE informacje zawarte w tekście. Zapisz numery tych zdań.

2) Podczas tworzenia potężnych systemów magnetycznych dla instalacji syntezy termojądrowej lub akceleratorów cząstek czasami wykorzystuje się ultraszybkie ograniczniki prądu, tomografy medyczne, spektrometry o wysokiej rozdzielczości, próbki obiecującego sprzętu wojskowego, pociągi lewitujące magnetycznie, metale nadprzewodzące.

3) Do tworzenia konstrukcji niepraktycznych w budowie przy użyciu wyłącznie tradycyjnych materiałów przewodzących - miedzi i aluminium, stosuje się również nadprzewodniki.

5) Do produkcji takich urządzeń, które muszą mieć niewielką objętość i wagę przy różnorodnych funkcjach, jakie pełnią, stosuje się przewodniki.

Rozwiązanie.

W tym zadaniu wybieramy DWA zdania, które poprawnie przekazują najważniejszą treść tekstu. Najprawdopodobniej zdania te będą zawierać te same informacje.

1. Zaznacz główne informacje w tekście.

(1) Nadprzewodniki wykorzystuje się do tworzenia urządzeń, których nie opłaca się wytwarzać z konwencjonalnych przewodników. (3) Urządzenia te mają mniejszy rozmiar i wagę.

2. Znajdujemy zdania, w których te informacje są przekazywane bez zniekształceń i błędów.

1) Odpowiednie.

2) Przekazano informację wtórną.

3) Nie wszystkie informacje.

4) Odpowiednie.

5) Nie wszystkie informacje.

Badanie. Wybrane opcje muszą zawierać te same informacje.

1) Aby stworzyć urządzenia, których produkcja przy użyciu konwencjonalnych przewodników jest niemożliwa lub nieopłacalna, stosuje się nadprzewodniki, aby uczynić te urządzenia bardziej kompaktowymi i lekkimi. (Nadprzewodniki służą do tworzenia urządzeń, których wykonanie z konwencjonalnych przewodników jest niemożliwe lub nieopłacalne, a nadprzewodniki sprawiają również, że urządzenia są lżejsze i bardziej kompaktowe.)

4) Nadprzewodniki służą do tworzenia urządzeń, których wytworzenie z konwencjonalnych przewodników jest niemożliwe lub nieopłacalne ekonomicznie, a zastosowanie nadprzewodników powoduje, że urządzenia są mniej obszerne i ciężkie. (Nadprzewodniki służą do tworzenia urządzeń, których wykonanie z konwencjonalnych przewodników jest niemożliwe lub nieopłacalne, a nadprzewodniki sprawiają również, że urządzenia są lżejsze i bardziej kompaktowe.)

W odpowiedzi zapisz dwie liczby bez spacji i przecinków.

Wykład 1.1.3. Nadprzewodniki i krioprzewodniki

Istnieje 27 czystych metali i ponad tysiąc różnych stopów i związków, które mogą przejść w stan nadprzewodzący. Należą do nich czyste metale, stopy, związki międzymetaliczne i niektóre materiały dielektryczne.

Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się oporność elektryczna metali, a w bardzo niskich temperaturach (kriogenicznych) przewodność elektryczna metali zbliża się do zera absolutnego.

W 1911 roku, kiedy pierścień zamarzniętej rtęci schłodzono do temperatury 4,2 K, holenderski naukowiec G. Kammerlingh-Onnes odkrył, że opór elektryczny pierścienia nagle spadł do bardzo małej wartości, której nie można było zmierzyć. To zanik oporu elektrycznego, tj. pojawienie się nieskończonej przewodności w materiale nazywano nadprzewodnictwem.

Przejście do stanu nadprzewodzącego jest odwracalne. Gdy temperatura wzrośnie do Tc, materiał powraca do swojego normalnego stanu (nieprzewodzącego).

Osobliwością nadprzewodników jest to, że raz zaindukowany w obwodzie nadprzewodzącym prąd elektryczny będzie krążył po tym obwodzie przez długi czas (lata) bez zauważalnego spadku jego siły, a ponadto bez dodatkowego dostarczania energii z zewnątrz . Podobnie jak magnes trwały, obwód taki wytwarza pole magnetyczne w otaczającej przestrzeni.

W 1933 roku niemieccy fizycy W. Meisner i R. Ochsenfeld odkryli, że nadprzewodniki po przejściu do stanu nadprzewodzącego stają się idealnymi diamagnetykami. Dlatego zewnętrzne pole magnetyczne nie przenika do ciała nadprzewodzącego. Jeżeli przejście materiału w stan nadprzewodzący następuje w polu magnetycznym, wówczas pole to jest „wypychane” z nadprzewodnika.

Oprócz rtęci nadprzewodnictwo jest również nieodłącznym elementem innych czystych metali (pierwiastków chemicznych) oraz różnych stopów i związków chemicznych. Jednak metali takich jak srebro i miedź nie można było przekształcić w stan nadprzewodzący w najniższych obecnie osiąganych temperaturach.

O możliwościach wykorzystania zjawiska nadprzewodnictwa decydują wartości temperatury przejścia do stanu nadprzewodzącego Tk oraz krytycznego natężenia pola magnetycznego.

Materiały nadprzewodzące dzielą się na miękkie i twarde. Nadprzewodniki miękkie obejmują czyste metale, z wyjątkiem niobu, wanadu i telluru. Główną wadą miękkich nadprzewodników jest niska wartość krytycznego natężenia pola magnetycznego.

W elektrotechnice nie stosuje się miękkich nadprzewodników, gdyż stan nadprzewodnictwa w tych materiałach zanika już w słabych polach magnetycznych przy małych gęstościach prądu.

Do nadprzewodników stałych zalicza się stopy o zniekształconych sieciach krystalicznych. Zachowują nadprzewodnictwo nawet przy stosunkowo dużych gęstościach prądu i silnych polach magnetycznych.

Właściwości nadprzewodników stałych odkryto w połowie naszego stulecia i do dziś problematyka ich badań i zastosowań stanowi jeden z najważniejszych problemów współczesnej nauki i techniki.

Nadprzewodniki stałe mają szereg cech:

· po ochłodzeniu przejście do stanu nadprzewodzącego nie następuje nagle, jak w przypadku nadprzewodników miękkich, ale w pewnym przedziale temperatur;

· niektóre nadprzewodniki stałe mają nie tylko stosunkowo wysokie wartości krytycznej temperatury przejścia Tk, ale także stosunkowo wysokie wartości krytycznej indukcji magnetycznej Bcr;

· gdy zmienia się indukcja magnetyczna, można zaobserwować stany pośrednie pomiędzy nadprzewodnictwem a stanem normalnym;

· mają tendencję do rozpraszania energii podczas przepuszczania przez nie prądu przemiennego;

· zależność właściwości nadprzewodnictwa od warunków technologicznych wytwarzania, czystości materiału i doskonałości jego struktury krystalicznej.

Ze względu na właściwości technologiczne nadprzewodniki stałe dzielą się na następujące typy:

· stosunkowo łatwo odkształcalny, z którego można wykonać druty i taśmy [niob, stopy niobu z tytanem (Nb-Ti), wanad-gal (V-Ga)];

· trudne do odkształcenia ze względu na kruchość, z którego powstają wyroby metodami metalurgii proszków (materiały międzymetaliczne np. cynianek niobu Nb3Sn).

W niektórych przypadkach stosuje się kompozytowe druty nadprzewodzące, w których duża liczba cienkich nadprzewodników włóknistych jest zamknięta w masywnej powłoce z miedzi lub innego materiału nieprzewodzącego.

Folie materiałów nadprzewodzących mają szczególne właściwości:

· krytyczna temperatura przejścia Tcr w niektórych przypadkach znacznie przekracza Tcr materiałów sypkich;

· duże wartości prądów ograniczających przepływających przez nadprzewodnik;

· mniejszy zakres temperatur przejścia w stan nadprzewodzący.

Nadprzewodniki stosuje się do budowy: maszyn elektrycznych i transformatorów o małej masie i rozmiarach, ale o dużej sprawności; linie kablowe do przesyłania energii dużej mocy na duże odległości; falowody o szczególnie niskim tłumieniu; urządzenia do magazynowania energii i urządzenia pamięci; soczewki magnetyczne do mikroskopów elektronowych; cewki obwodów drukowanych.

W oparciu o nadprzewodniki foliowe stworzono szereg urządzeń pamięci masowej oraz elementów automatyki i techniki komputerowej.

Uzwojenia elektromagnesów wykonane z nadprzewodników pozwalają uzyskać maksymalne możliwe wartości natężenia pola magnetycznego.