X'jiġri jekk ... nikseb superkondutturi ta 'temperatura għolja? L-irbit tat-tama

Linji ta 'trażmissjoni mingħajr telf, inġinerija elettrika b'temperatura baxxa, superelectromagnets, finalment bil-mod il-kompressjoni ta' miljuni ta 'gradi ta' plażma f'reatturi termonukleari, ferrovija maglev kwieta u veloċi. Għandna tant tamiet għas-superkondutturi...

Superkonduttività l-istat materjali ta 'reżistenza elettrika żero huwa msejjaħ. Dan jinkiseb f'xi materjali f'temperaturi baxxi ħafna. Huwa skopra dan il-fenomenu quantum Kamerling Onnes (1) fil-merkurju, fl-1911. Il-fiżika klassika tonqos milli tiddeskriviha. Minbarra reżistenza żero, karatteristika importanti oħra tas-superkondutturi hija imbotta l-kamp manjetiku 'l barra mill-volum tiegħul-hekk imsejjaħ effett Meissner (f'superkondutturi tat-tip I) jew l-iffukar tal-kamp manjetiku f'"vortiċi" (f'superkondutturi tat-tip II).

Il-biċċa l-kbira tas-superkondutturi jaħdmu biss f'temperaturi qrib iż-żero assolut. Huwa rrappurtat li huwa 0 Kelvin (-273,15 °C). Il-moviment ta 'atomi f'din it-temperatura hija kważi ineżistenti. Din hija ċ-ċavetta għas-superkondutturi. Bhas-soltu elettroni li jiċċaqilqu fil-konduttur jaħbtu ma 'atomi oħra li jivvibraw, li jikkawżaw telf ta 'enerġija u reżistenza. Madankollu, nafu li s-superkonduttività hija possibbli f'temperaturi ogħla. Gradwalment, qed niskopru materjali li juru dan l-effett f'inqas Celsius nieqes, u reċentement anke b'żieda. Madankollu, dan għal darb'oħra huwa ġeneralment assoċjat ma 'l-applikazzjoni ta' pressjoni estremament għolja. L-akbar ħolma hija li tinħoloq din it-teknoloġija f'temperatura tal-kamra mingħajr pressjoni ġiganteski.

Il-bażi fiżika għad-dehra tal-istat tas-superkonduttività hija formazzjoni ta' pari ta' grabbers tal-merkanzija - l-hekk imsejħa Cooper. Pari bħal dawn jistgħu jinqalgħu bħala riżultat ta 'l-unjoni ta' żewġ elettroni b'enerġiji simili. Fermi enerġija, i.e. l-iżgħar enerġija li biha l-enerġija ta 'sistema fermjonika tiżdied wara ż-żieda ta' element ieħor, anke meta l-enerġija tal-interazzjoni bejniethom tkun żgħira ħafna. Dan ibiddel il-proprjetajiet elettriċi tal-materjal, peress li t-trasportaturi uniċi huma fermions u l-pari huma bosons.

Jikkooperaw għalhekk, hija sistema ta 'żewġ fermions (per eżempju, elettroni) li jinteraġixxu ma' xulxin permezz ta 'vibrazzjonijiet tal-kannizzata tal-kristall, imsejħa fononi. Il-fenomenu ġie deskritt Leona tikkopera fl-1956 u hija parti mit-teorija BCS tas-superkonduttività f'temperatura baxxa. Il-fermions li jiffurmaw il-par Cooper għandhom nofs spins (li huma diretti f'direzzjonijiet opposti), iżda l-ispin li jirriżulta tas-sistema huwa sħiħ, jiġifieri, il-par Cooper huwa boson.

Superkondutturi f'ċerti temperaturi huma xi elementi, pereżempju, kadmju, landa, aluminju, iridju, platinu, oħrajn jgħaddu fl-istat ta 'superkonduttività biss bi pressjoni għolja ħafna (per eżempju, ossiġnu, fosfru, kubrit, ġermanju, litju) jew fil- forma ta 'saffi irqaq (tungstenu, berillju, kromju), u xi wħud jistgħu għadhom ma jkunux superkonduttivi, bħal fidda, ram, deheb, gassijiet nobbli, idroġenu, għalkemm deheb, fidda u ram huma fost l-aħjar kondutturi f'temperatura tal-kamra.

"Temperatura għolja" għadha teħtieġ temperaturi baxxi ħafna

Fis-sena 1964 William A. Little issuġġerixxa l-possibbiltà tal-eżistenza ta 'superkonduttività f'temperatura għolja fil polimeri organiċi. Din il-proposta hija bbażata fuq it-tqabbil ta 'elettroni medjat mill-eċiton għall-kuntrarju ta' pairing medjat mill-fonon fit-teorija tal-BCS. It-terminu "superkondutturi ta 'temperatura għolja" intuża biex jiddeskrivi familja ġdida ta' ċeramika perovskite skoperta minn Johannes G. Bednorz u C.A. Müller fl-1986, li għalih irċevew il-Premju Nobel. Dawn is-superkondutturi ġodda taċ-ċeramika (2) kienu magħmula mir-ram u l-ossiġnu mħallta ma’ elementi oħra bħal lantanju, barju u bismut.

2. Pjanċa taċ-ċeramika iddur fuq kalamiti qawwija

Mill-perspettiva tagħna, is-superkonduttività "b'temperatura għolja" kienet għadha baxxa ħafna. Għal pressjonijiet normali, il-limitu kien -140 ° C, u anke superkondutturi bħal dawn kienu jissejħu "temperatura għolja". It-temperatura ta 'superkonduttività ta' -70 ° C għall-idroġenu sulfid intlaħqet fi pressjonijiet estremament għoljin. Madankollu, superkondutturi ta 'temperatura għolja jeħtieġu nitroġenu likwidu relattivament irħis aktar milli elju likwidu għat-tkessiħ, li huwa essenzjali.

Min-naħa l-oħra, huwa l-aktar ċeramika fraġli, mhux prattiku ħafna għall-użu f'sistemi elettriċi.

Ix-xjentisti għadhom jemmnu li hemm għażla aħjar li qed tistenna li tiġi skoperta, materjal ġdid mill-isbaħ li se jilħaq kriterji bħal superkonduttività f'temperatura tal-kamraaffordabbli u prattiku għall-użu. Xi riċerka ffukat fuq ir-ram, kristall kumpless li fih saffi ta 'ram u atomi ta' ossiġnu. Ir-riċerka tkompli fuq xi rapporti anomali iżda xjentifikament inspjegabbli li l-grafita mxarrba bl-ilma tista 'taġixxi bħala superkonduttur f'temperatura tal-kamra.

L-aħħar snin kienu nixxiegħa vera ta '"rivoluzzjonijiet", "skoperti" u "kapitoli ġodda" fil-qasam tas-superkonduttività f'temperaturi ogħla. F'Ottubru 2020, is-superkonduttività f'temperatura tal-kamra (f'15°C) ġiet irrappurtata fi idrur tad-disulfid tal-karbonju (3), madankollu, bi pressjoni għolja ħafna (267 GPa) ġġenerata mill-lejżer aħdar. Il-Gral Imqaddes, li jkun materjal relattivament irħis li jkun superkonduttiv f'temperatura ambjentali u pressjoni normali, għad irid jinstab.

3. Materjal ibbażat fuq il-karbonju li huwa superkonduttiv f'15 °C.

Dawn tal-Età manjetika

L-enumerazzjoni ta 'applikazzjonijiet possibbli ta' superkondutturi ta 'temperatura għolja tista' tibda bl-elettronika u t-teknoloġija tal-kompjuter, apparat loġiku, elementi tal-memorja, swiċċijiet u konnessjonijiet, ġeneraturi, amplifikaturi, aċċeleraturi tal-partiċelli. Li jmiss fuq il-lista: apparat sensittiv ħafna għall-kejl ta' kampi manjetiċi, vultaġġi jew kurrenti, kalamiti għal Apparat mediku MRI, tagħmir għall-ħażna tal-enerġija manjetika, ferroviji tal-balal levitanti, magni, ġeneraturi, transformers u linji tal-enerġija. Il-vantaġġi ewlenin ta 'dawn il-mezzi superkonduttivi tal-ħolm se jkunu dissipazzjoni ta' enerġija baxxa, tħaddim b'veloċità għolja u sensittività estrema.

għal superkondutturi. Hemm raġuni għaliex l-impjanti tal-enerġija ħafna drabi jinbnew ħdejn bliet traffikużi. Anke 30 fil-mija. maħluqa minnhom Enerġija elettrika jista 'jintilef fuq linji ta' trasmissjoni. Din hija problema komuni ma 'apparat elettriku. Ħafna mill-enerġija tmur għas-sħana. Għalhekk, parti sinifikanti tal-wiċċ tal-kompjuter hija riservata għal partijiet li jkessħu li jgħinu biex tinħela s-sħana ġġenerata miċ-ċirkwiti.

Is-superkondutturi jsolvu l-problema tat-telf tal-enerġija għas-sħana. Bħala parti mill-esperimenti, ix-xjentisti, pereżempju, jirnexxilhom jaqilgħu l-għajxien kurrent elettriku ġewwa ċ-ċirku superkonduttur fuq sentejn. U dan huwa mingħajr enerġija addizzjonali.

L-unika raġuni li l-kurrent waqaf kienet minħabba li ma kienx hemm aċċess għall-elju likwidu, mhux għax il-kurrent ma setax ikompli jiċċirkola. L-esperimenti tagħna jwassluna biex nemmnu li l-kurrenti f'materjali superkonduttivi jistgħu jiċċirkolaw għal mijiet ta 'eluf ta' snin, jekk mhux aktar. Il-kurrent elettriku fis-superkondutturi jista 'jiċċirkola għal dejjem, u jittrasferixxi l-enerġija b'xejn.

в ebda reżistenza kurrent enormi jista 'jiċċirkola permezz tal-wajer superkonduttur, li min-naħa tiegħu ġġenera kampi manjetiċi ta' qawwa inkredibbli. Jistgħu jintużaw biex jimlev ferroviji maglev (4), li diġà jistgħu jilħqu veloċitajiet sa 600 km/siegħa u huma bbażati fuq kalamiti superkondutturi. Jew użahom f'impjanti tal-enerġija, li jissostitwixxu metodi tradizzjonali li fihom it-turbini jduru f'kampijiet manjetiċi biex jiġġeneraw l-elettriku. Kalamiti superkondutturi qawwija jistgħu jgħinu biex jikkontrollaw ir-reazzjoni tal-fużjoni. Wajer superkonduttur jista 'jaġixxi bħala mezz ideali għall-ħażna tal-enerġija, aktar milli batterija, u l-potenzjal fis-sistema se jiġi ppreservat għal elf u miljun sena.

Fil-kompjuters quantum, tista 'tiċċirkola lejn l-arloġġ jew kontra l-arloġġ f'superkonduttur. Il-magni tal-vapuri u tal-karozzi jkunu għaxar darbiet iżgħar milli huma llum, u magni MRI dijanjostiċi mediċi għaljin jidħlu fil-keffa ta 'idejk. Miġbura mill-irziezet fid-deżerti vasti tad-deżert madwar id-dinja, l-enerġija solari tista 'tinħażen u tiġi trasferita mingħajr ebda telf.

4. Ferrovija maglev Ġappuniża

Skond il-fiżiku u popolarizzatur famuż tax-xjenza, Kakuteknoloġiji bħas-superkondutturi se jagħtu bidu għal era ġdida. Kieku konna għadna ngħixu fl-era tal-elettriku, is-superkondutturi f'temperatura tal-kamra kienu jġibu magħhom l-era tal-manjetiżmu.