SUPRAVODLJIVOST

Osnovni pojmovi:Najopenitija definicija supravodljivosti glasi: Supravodljivost je pojava nestanka elektrinog otpora i potiskivanja unutarnjeg magnetskog polja (pojava znana kao Meissnerov uinak), a najee do nje dolazi u metalima pri niskim temperaturama.

Supravodii: vodii koji imaju otpor nula (ili jako blizu nuli)

Kritina temperatura supravodia: ona temperatura pri kojoj otpor u vodiu tei k nuli

http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/physics_at_work/2005/exhibit/images/irc1.jpg

Otkrie supravodljivosti i povijesni razvoj:Za otkrie supravodljivosti je zasluan nizozemski fiziar Heike Kammerling Onnes (1911. godina)

Ve 1908. godine uspjeno je ukapio helij i postigao temperaturu od 4,2 K. U to je vrijeme ve bilo poznato da se sa sniavanjem temperature otpor metala smanjuje, ali je postojalo nekoliko teorija o njegovoj vrijednosti na temperaturama blizu apsolutne nule. Lord Kelvin je vjerovao da na vrlo niskim temperaturama prestaje svako gibanje elektrona, dok su drugi, meu kojima je bio i Onnes, smatrali da otpor postepeno otpada i na nekoj temperaturi poprima minimalnu vrijednost.

Onnesovo otkrie je manifestacija prvog bitnog svojstva supravodia: hlaenjem ispod neke odreene (tzv. kritine) temperature Tc njihov elektrini otpor je nula, i struja kroz njih tee bez gubitka praktiki beskonno dugo (odnosno sve dok je materijal na temperaturi koja je nia od kritine temperature).

Eksperimentom je utvreno da je otpor u Onnesovom supravodiu iznosio manje od 10 Ohma

1913. Onnes je dobio Nobelovu nagradu

http://www.kb.nl/hkc/nobel/onnes/onnes-boerhaave.jpgHeike Kammerling Onnes

Grafika usporedba:Normalni vodiSupravodi

Kritine temperature nekih supravodia:

SVOJSTVA SUPRAVODIA:1. Voenje struje bez elektrinog otpora

2. Istiskivanje magnetskog polja (Meissnerov efekt)

1. VOENJE STRUJE BEZ ELEKTRINOG OTPORA Onnesovo otkrie je manifestacija prvog bitnog svojstva supravodia: hlaenjem ispod neke odreene (tzv. kritine) temperature TC njihov elektrini otpor je nula, i struja kroz njih tee bez gubitaka praktiki beskonano dugo (odnosno sve dok je materijal na temperaturi koja je nia od kritine temperature). U praksi je utvreno da je i nakon 4 godine po iskljuivanju izvora struje i dalje tekla tim krugom, a da se ni najpreciznijim mjerenjima nije moglo utvrditi nikakvo smanjenje njene jakosti. Ako jakost struje u supravodiu prijee odreenu vrijednost ( Ic ), materijal prelazi iz supravodljivog stanja u normalno

KRITINA STRUJA, Ic :

Maksimalna vrijednost jakosti struje koja moe tei supravodiem ( a da materijal ostane supravodljiv) Ona ovisi o materijalu i temperaturi Za svaki materijal najvea je pri 0 K i s porastom temperature postepeno pada sve do kritine temperature, kada postane nula

2. ISTISKIVANJE MAGNETSKOG POLJA (MEISSNEROV EFEKT)Meissner-Ochsenfeldovo otkrie:

Ako se neki materijal koji ima supravodljiva svojstva stavi u magnetsko polje i ohladi na temperaturu koja je nia od kritine temperature TC, magnetsko polje biti e istisnuto iz unutranjosti supravodia (tonije reeno, prodiranje magnetskog polja biti e samo u tankom povrinskom sloju, pri emu e to polje eksponencijalno trnuti). Na povrini supravodia induciraju se struje koje stvaraju takvo magnetsko polje koje ponitava vanjsko polje, te je u unutranjosti supravodia magnetsko polje uvijek nula. Ova pojava se opisuje kao idealni dijamagnetizam. Meissnerov efekt se javlja samo za relativno slaba magnetska polja; ako polje prijee odreenu (kritinu) vrijednost, ono prodire u cijelu unutranjost supravodia i materijal prelazi u normalno stanje

Do ezdesetih godina ovog stoljea intenzivna eksperimentalna i teorijska istraivanja supravodljivosti imala su za cilj pronai materijale sa to viom vrijednou kritine temperature, ali i dati potpuno fizikalno objanjenje same pojave. 1957. godine Bardeen, Cooper i Schrieffer su postavili cjeloviti teorijski model (tzv. BCS teorija).

BSC TEORIJAZnanstvenici zasluni za tu teoriju su: John Bardeen, Leon Cooper i John Schriefer.1957. je razvijena, a 1972. donjela je Nobelovu nagraduPrema toj teoriji supravodljivost je posljedica stvaranja parova elektrona uz pomo vibracija kristalne reetke (fonona). Slikovito ta teorija supravodljivosti tumai kao igru elektrona razdijeljenih u parove ( tzv. Cooperovi parovi ). Slobodni elektron koji se giba kristalnom reetkom meudjeluje s ionima izvlaei ih iz njihovog ravnotenog poloaja i tako stvara porast pozitivnog naboja, kojim se moe privui drugi elektron.Unato uobiajenom elektrostatskom odbijanju moe se izmeu ova 2 elektrona pojaviti privlaenje. Ako sila privlaenja nadjaa silu odbijanja, elektroni e formirati par i njihova energija se smanji za energiju vezanja para.

No injenicu da je supravodljivost mogua samo pri izrazito niskim temperaturama nisu prihvaali svi, to je i dovelo do eksperimentiranja i teorijskih nastojanja da se pronau novi materijali sa to viom kritinom temperaturom.

1986. godine Bednorz i Miller su otkrili da keramiki La-Ba-Cu-O spoj ima supravodljivi prijelaz na 35 K. Bio je to poetak novih istraivanja tzv. visokotemperaturnih supravodia. 1987. spoj pronaeno je da je spoj YBa2Cu3Ox (YBCO) supravodljiv iznad 90 K, a kasnije su sintetizirani i druge takve tzv. perovskitne strukture, s vrijednostima kritinih temperatura iznad 130 K.

Otkrie visokotemperaturnih supravodia predstavljalo je i prekretnicu u irem prihvaanju supravodljivosti, koju je sada bilo mogue postii pomou jeftinog tekueg duika (koji se ukapljuje na 77 K). U odnosu na "klasine" supravodie, nove materijale karakteriziraju i vee gustoe struja, i iako jo nisu u potpunosti razrijeeni svi tehnoloki problemi, oni e omoguiti jo znaajnije koritenje supravodljivosti.

PRIMJENA SUPRAVODLJIVOSTII. Voenje el.struje bez gubitaka energije U laboratoriju se ve odavno koriste supravodljivi elektromagneti U raunalima Generatori, trnsformatori, elektromotori

II. Iskoritavanje Meissnerovog efekta U laboratoriju, lebdei vlakovi Nakon to se u supravodljiv magnet pusti struja (i iskopa) ne treba vie napajanja Struja se u njemu trajno odrava, jer nema gubitka na omski otpor Naravno, za vrijeme rada on se cijelo vrijeme dri u tekuem heliju

LEVITACIJAPosljedica savrene dijamagnetinosti supravodiaNpr. permanentni magnet i podloga od supravodljivog materijalaAko je podloga na temperaturi iznad kritine temperature (normalno stanje) magnet lei na podloziAko se temperatura podloge snizi ispod kritine temperatue materijal postaje supravodljiv,magnet se die iznad povrine podloge i ostaje lebdjeti

MAGLEV*Eng*: Magnetic levitation (magnetska levitacija)U svijetu se ve vie godina primjenjuju lebdei vlakovi koji kao prednosti imaju brzinu i niz ekolokih prednosti.Rekordna brzina je postugnuta u Japanu 2003. godine a iznosila je 581 km/h.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:JR-Maglev-MLX01-2.jpg

Novi supravodiiMller i Bednorz su 1987. dobili Nobelovu nagradu za fiziku za otkrie visokotemperaturne supravodljivosti u keramikim bakrenim oksidima.Nali su da uzorak keramikog oksida barija, lantana i bakra pokazuje kritinu temperaturu supravodljivoga prijelaza na 35 KTo je bilo ak 12 C vie od rekorda iz 1973. ostvarenog na niobijevim spojevimaKasnije je postignut supravodljiv prijelaz iznad 90 K u uzroku YBa2Cu3O7-x, a 1988. (prijelaz je na 125 K)

PROBLEMI NOVIH SUPRAVODIA: Kruti su i krhki su te su im kritine struje vrlo male

PROBLEMI SUPRAVODLJIVOSTIKao to smo ve spomenuli supravodljivost se odvija na vrlo niskim temperaturama to oteava primjenu u svakodnevnom ivotu (naime, razlika izmeu sobne temperature od 293K i 4,2 K je poprilina)Upravo u tome lei najvei problem, koji je uvijek glavni faktor u znanosti a to je financijski faktor. Odranje vodia u supravodljivom stanju bi zahtjevalo njihovo dranje u tekuem heliju a to je PRESKUPO i naalost jo uvijek neekonomino.Novi supravodii koji imaju vee kritine temperature su kruti i krhki i zbog toga se od njih ne mogu napraviti ice

LITERATURAwww.eskola.hfd.hrwww.wikipedia.com

Vladimir Paar: Fizika (za srednje kole) Napravio: Matko Topolovec N3261

HVALA NA PANJI !

S R E T N O !