Сверхпроводимость

Что такое полупроводник

Полупроводник по обозначению – вещество, электрическая проводимость которого меньше, чем у металла, и больше, чем у диэлектрика.

Отличие полупроводника в том, что его электропроводность зависит от температурного режима и объема примесей в составе. Материал обладает характеристиками, как проводящими, так и диэлектрическими.

При увеличении температуры электропроводность вещества растёт, а уровень сопротивления падает. При уменьшении температуры сопротивление стремится к бесконечности.

Благодаря своим уникальным свойствам, полупроводники применяются во многих отраслях промышленности: это и маломощные SMD на печатных платах, и устройства высокой мощности, например, тиристоры в силовой преобразовательной технике.

Звукоизоляция

Звукоизоляционные и шумоизоляционные защищают помещение от шума, проникающего в жилое здание извне. Они являются необходимыми как при строительстве частного дома, так и при самостоятельном капитальном ремонте квартиры. Современные пленки делятся на:

  1. Акустические;
  2. Звуко-прокладочные.

Ключевым отличием между ними является их назначение. Акустические помогают улучшить слышимость внутри конкретного помещения, а прокладочные устраняют проблему шума улицы от авто и т. д. Такие свойства обеспечиваются определенной фактурой и конструкцией плит. Они могут быть представлены в виде минеральной ваты или пенопласта, где, с одной стороны, мягкая структура, а с другой – жесткий отражающий лист (например, алюминиевый или асбестоцементный). Сейчас также производятся полимерные пленки, которые имеют мембранную структуру. Они известны комбинированными свойствами за счет мягкого внутреннего слоя и пористого наружного, которые поглощают звук из помещения и отражают частоты с улицы.

Теоретическое объяснение эффекта сверхпроводимости

Феноменологический подход. Хоть Камерлинг-Оннес и является первооткрывателем сверхпроводимости, первая теория сверхпроводимости впервые была предложена в 1935-м году немецкими физиками и братьями Фрицом и Гайнцом Лондонами. Ученые стремились математически записать такие свойства сверхпроводника как сверхпроводимость и эффект Мейснера, не вникая в микроскопические причины сверхпроводимости, феноменологически. Выведенные уравнения позволяли объяснить эффект Мейснера так, что внешнее магнитное поле могло проникать в сверхпроводник только на определенную глубину, зависящую от так называемой лондоновской глубины проникновения. Для объяснения сверхпроводимости, потребовалось предположение о том, что носителями тока в сверхпроводнике, как и в металле, являются электроны. При этом, нулевое сопротивление означает то, что электрон не испытывает столкновений во время своего движения. Так как это относится ко всем электронам проводимости, то имеет место ток электронов без сопротивления.

Очевидно, что данная теория не объясняет саму природу данного явления, а лишь описывает его и позволяет предсказывать его поведение в ряде случаев. Более глубокая, но также, феноменологическая теория была предложена в 1950-м году советскими физиками-теоретиками Левом Ландау и Виталием Гнизбургом.

Куперовская пара электронов, движущаяся сквозь решетку из положительных атомов. Первый электрон искажает решетку, создавая область повышенного положительного заряда, в которую втягивается второй электрон.

Теория БКШ. Первое качественное объяснение явлению сверхпроводимости было предложено в рамках так называемой теории БКШ, построенной американскими физиками Джоном Бардином, Леоном Купером и Джоном Шриффером. Эта теория выходит из предположения, что между электронами при определенных условиях может возникать притяжение. Притяжение, которое обусловлено различными возбуждениями, в первую очередь – колебаниями кристаллической решетки, способно создавать «куперовские пары» — связанные состояния двух электронов в кристалле. Такая пара может двигаться в кристалле, не рассеиваясь ни на колебания кристаллической решетки, ни на примеси. В веществах с температурой, далекой от нуля, достаточно энергии, чтобы «разорвать» такую пару электронов, в то время как при низких температурах система не обладает достаточной энергией. В результате этого возникает поток связанных электронов – куперовских пар, которые практически не взаимодействуют с веществом. В 1972-м году Д. Бардин, Л. Купер и Д. Шриффер получили Нобелевскую премию по физике.

Позднее советский физик-теоретик Николай Боголюбов усовершенствовал теорию БКШ. В своих работах ученый подробно описал условия, при которых могут образовываться куперовские пары (энергия близкая к энергии Ферми, определенные спины и др.) в результате квантовых эффектов. По отдельности электроны представляют собой частицы с полуцелым спином (фермионы), которые неспособны образовывать конденсат Бозе-Эйнштейна и переходить в сверхтекучее состояние. Когда же имеется куперовская пара электронов, то она представляет собой квазичастицу с целым спином и является бозоном. При определенных условиях бозоны способны формировать конденсат Бозе-Эйнштейна, то есть вещество, частицы которого занимают одно и то же состояние, что приводит к возникновению сверхтекучести. Такая сверхтекучесть электронов и объясняет эффект сврехпроводимости.

Что такое диэлектрик

Диэлектриками называют вещества, которые не проводят ток, или проводят, но очень плохо. В них нет свободных носителей зарядов, потому что связь частиц атома достаточно сильная, для образования свободных носителей, поэтому под воздействием электрического поля тока в диэлектрике не возникает.

Газ, стекло, керамика, фарфор, некоторые смолы, текстолит, карболит, дистиллированная вода, сухая древесина, резина – являются диэлектриками и не проводят электрический ток. В быту диэлектрики встречаются повсеместно, например, из них делаются корпуса электроприборов, электрические выключатели, корпуса вилок, розеток и прочее. В линиях электропередач изоляторы выполняются из диэлектриков.

Однако, при наличии определенных факторов, например повышенный уровень влажности, напряженность электрического поля выше допустимого значения и прочее – приводят к тому, что материал начинает терять свои диэлектрические функции и становится проводником. Иногда вы можете слышать фразы типа «пробой изолятора» — это и есть описанное выше явление.

Если сказать кратко, то основными свойствами диэлектрика в сфере электричества являются электроизоляционные. Именно способность препятствовать протеканию тока защищает человека от электротравматизма и прочих неприятностей. Основной характеристикой диэлектрика является электрическая прочность – величина равная напряжению его пробоя.

Сверхпроводники 1-го и 2-го рода.

По своему поведению в магнитных полях сверхпроводники разделяются на сверхпроводники 1-го и 2-го рода. Сверхпроводники 1-го рода обнаруживают те идеальные свойства, о которых уже говорилось. В присутствии магнитного поля в поверхностном слое сверхпроводника возникают токи, которые полностью компенсируют внешнее поле в толще образца. Если сверхпроводник имеет форму длинного цилиндра и находится в поле, параллельном его оси, то глубина проникновения может быть порядка 3Ч10–6 см. При достижении критического поля сверхпроводимость исчезает и поле полностью проникает внутрь материала. Критические поля для сверхпроводников 1-го рода лежат обычно в пределах от 100 до 800 Гс. Хотя у сверхпроводников 1-го рода малая глубина проникновения, они имеют большую длину когерентности – порядка 10–4 см.

Сверхпроводники 2-го рода характеризуются большой глубиной проникновения (около 2Ч10–5 см) и малой длиной когерентности (5Ч10–7 см). В присутствии слабого магнитного поля (меньше 500 Гс) весь магнитный поток выталкивается из сверхпроводника 2-го рода. Но выше Нс1 – первого критического поля – магнитный поток проникает в образец, хотя и в меньшей степени, чем в нормальном состоянии. Это частичное проникновение сохраняется до второго критического поля – Нс2, которое может превышать 100 кГс. При полях, больших Нс2, поток проникает полностью, и вещество становится нормальным. Характеристики различных сверхпроводников представлены в таблице.

Таблица: Критические температуры и поля
КРИТИЧЕСКИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПОЛЯ
Материалы Критическая температура, К Критические поля (при 0 К), Гс
Сверхпроводники 1-го рода    
Родий 0,000325 0,049
Титан 0,39 60
Кадмий 0,52 28
Цинк 0,85 55
Галлий 1,08 59
Таллий 2,37 180
Индий 3,41 280
Олово 3,72 305
Ртуть 4,15 411
Свинец 7,19 803
Сверхпроводники2-го рода   Hc1 Hc2
Ниобий 9,25 1735 4040
Nb3Sn 18,1 220 000
Nb3Ge 23,2 400 000
Pb1Mo5,1S6 14,4 600 000
Yba2Cu3O7 90–100 1000* 1 000 000*
* Экстраполировано к абсолютному нулю.

Сверхпроводники

Без подробного теоретического понимания возникновения этого явления — хотя существенный прогресс делается постоянно — ученые иногда чувствуют, что занимаются гаданием на кофейной гуще, пытаясь подобрать подходящие материалы. Это похоже на попытку угадать номер телефона, который составлен из таблицы периодических элементов вместо цифр. Но перспектива остается и очень волнует. Нобелевская премия и дивный, новый мир энергии и электричества — неплохая награда за успешный результат.

Это может быть будущим.

В некоторых исследованиях основное внимание уделяется купратам, сложным кристаллам, содержащим слои меди и атомов кислорода. Соединение купратов с различными элементами, экзотическими соединениями вроде ртуть-барий-кальций-медь оксида, создают лучшие сверхпроводники, известные сегодня

Ученые также продолжают сообщать аномальные и неожиданные новости о том, что пропитанный водой графит может выступать в качестве сверхпроводника, работающего при комнатной температуре, но нет никаких указателей на то, что эти новости можно положить в основу технологий.

В начале 2017 года, исследуя самые экстремальные и экзотические формы материи, которые мы можем создать на Земле, ученые умудрились сжать водород до состояния металла. Для этого им понадобилось давление, превышающее давление в ядре Земли и в тысячи раз большее, чем на дне океана. Некоторые ученые в этой области — физике конденсированной материи — вообще сомневаются, что металлический водород удалось произвести.

Однако полагается, что металлический водород может быть сверхпроводником, работающим при комнатной температуре. Но работа с образцами оказывается очень сложной, потому что даже алмазы, содержащие металлический водород, не выдерживают катастрофического давления.

Сверхпроводимость — или поведение, сильно ее напоминающее, — также наблюдалась у иттрий-барий-медь оксида при комнатной температуре в 2014 году. Проблема лишь в том, что транспорт электрона проходил лишь крошечную долю секунды и требовал бомбардировки материала лазерными импульсами.

Применение сверхпроводников

Сверхпроводники еще не получили широкое применение, однако разработки в этой области активно ведутся. Так благодаря эффекту Мейснера возможны «парящие» над дорогой поезда на магнитной подушке – маглевы.

На основе сверхпроводников уже создаются сверхмощные турбогенераторы, которые могут применяться на электростанциях.

Поезд на магнитном подвеске в Шанхае, Китай

Криотрон – еще одно применение сверхпроводимости, которое может быть полезно для техники и электронных приборов. Это такое устройство, которое может переключать состояние сверхпроводника из обычного в сверхпроводящее за очень короткое время (от 10⁻⁶ до 10⁻¹¹с). Криотроны могут быть использованы в информационных системах, связанных с запоминанием и кодированием. Так впервые они применялись как запоминающие устройства в ЭВМ. Также криотроны могут помочь в области криоэлектроники, среди задач которой – повысить чувствительность приемников сигнала и сохранить форму сигнала как можно лучше. Здесь достижению поставленных целей способствуют низкие температуры и эффект сверхпроводимости.

Также, в силу отсутствия сопротивления в сверхпроводниках, кабели из такого вещества доставляли бы электричество без потерь на нагревание, что значительно бы повысило эффективность электроснабжения. Сегодня такие кабели требуют охлаждения посредством жидкого азота, что повышает цену на их эксплуатацию. Однако, исследования в этой сфере ведутся, и первая электропередача на основе сверхпроводников была приведена в эксплуатацию в Нью-Йорке 2008-м году компанией American Superconductor. В 2015-м году Южная Корея объявила о намерении создать несколько тысяч километров сверхпроводящих линий электропередач. Если добавить к этому недавнее открытие сверхпроводимости графена при комнатной температуре, то в ближайшее время следует ожидать глобальные изменения в области электроснабжения.

Самая близкая к идеальной сфера из всех когда-либо созданных человеком — ротор гироскопа GP-B. Сфера сделана из кварцевого стекла и покрыта тонкой плёнкой сверхпроводящего ниобия. Поверхности кварца отполированы до атомарного уровня.

Кроме указанных областей применения, сверхпроводимость применяется в измерительной технике, начиная от детекторов фотонов и заканчивая измерением геодезической прецессии посредством сверхпроводящих гироскопов на космическом аппарате «Gravity Probe B». Это измерение подтвердило предсказание Эйнштейна о наличии таковой прецессии по причинам, изложенным в Общей теории относительности. Не углубляясь в механизм измерения, следует отметить, что данные о геодезической прецессии Земли позволяют точно калибровать искусственные спутники Земли.

Подводя итоги написанного выше, напрашивается вывод о перспективности эффекта сверхпроводимости во множестве областей, и большом потенциале сверхпроводников, в первую очередь в сферах электроснабжения и электротехники. Ожидаем в ближайшее время множество открытий в данной области.

https://youtube.com/watch?v=L8YEdHYhuLs

Явление — сверхпроводимость

Явление сверхпроводимости состоит в скачкообразном исчезновении электрического сопротивления при охлаждении некоторых мста. I -: которая зависит от химического состава вещества и структуры его кристаллической решетки. Чистые вещества ( элементы) обладают, как правило, более низким ] ] арктическими температурами, чем сплавы и соединения. Основную долю сверхпроводников составляют соединения и сплавы.

Явление сверхпроводимости, которое обнаруживается у некоторых металлов и сплавов, заключается в том, что ниже некоторой температуры ( температура TKf перехода проводника в сверхпроводящее состояние) удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым.

Явление сверхпроводимости используется для получения весьма сильных магнитных полей.

Явление сверхпроводимости используется для получения весьма сильных магнитных полей. Если обмотку электромагнита ( 111.4.3.7) изготовить из свехпроводящей проволоки, то в такой обмотке создается огромная плотность токов и, соответственно, электромагнит имеет сильное магнитное поле.

Свойства сверхпроводящих сплавов.

Явление сверхпроводимости было открыто Ка-мерлинг Опессом.

Схема аппарата для де — Процесс охлаждения намагничива.

Явление сверхпроводимости рассматривается в гл.

Явление сверхпроводимости обладает удивительными особенностями. Сопротивление проводников в сверхпроводящем состоянии настолько мало, что однажды возбужденный в них электрический тек существует длительное время без источника тока. Сверхпроводники в обычном состоянии, например при комнатных температурах, не отличаются особенно хорошей проводимостью. Некоторые сплавы и соединения, составленные из несверхпроводящих веществ, сами оказываются сверхпроводниками.

Схема аппарата для де-сорбциошюго охлаждения.| Процесс охлаждения намагничиванием в s — Г — диаграмме для сверхпроводника.

Явление сверхпроводимости рассматривается в гл.

Явление сверхпроводимости металлов, открытое Камерлинг Оннесом ( Kamerling Onnes ] в 1911 г., представляет собой сверхтекучесть электронной ферми-жидкости в них, подобную сверхтекучести рассмотренного в предыдущих параграфах вырожденного ферми-газа. Разумеется, во многих важных отношениях электронная жидкость и ферми-газ являются существенно различными физическими системами. Но в то же время основные физические моменты, относящиеся к свойствам энергетического спектра, в обоих случаях остаются одинаковыми. Обсудим качественным образом вопрос о том, какие именно черты рассмотренной выше модели можно перенести и в какой мере на электроны в металлах.

Явлением сверхпроводимости называется практически полное исчезновение удельного сопротивления некоторых металлов ( Pb, Zn, A1 и др.) и сплавов ( висмута с золотом, карбидов молибдена и вольфрама, нитрида ниобия и др.) при некоторой температуре Тс, называемой температурой перехода в сверхпроводящее состояние. Вещества, обладающие таким свойством, называются сверхпроводниками.

Все явления сверхпроводимости, о которых шла речь выше, количественно объясняются новой теорией.

Хотя явление сверхпроводимости наблюдается в области применимости обычной нерелятивистской квантовой механики, тем не менее оказывается чрезвычайно трудным дать исчерпывающее теоретическое объяснение этому замечательному явлению. Несмотря на наличие большого количества превосходных экспериментальных и теоретических работ, посвященных этой проблеме, остается еще много нерешенных вопросов. Однако круг явлений, в которых следует искать объяснения сверхпроводимости, значительно уменьшился. Существуют серьезные указания ( если не строгое доказательство) на то, что сверхпроводимость является скорее предельным случаем диамагнетизма, чем бесконечной электропроводимости. Изотопический эффект свидетельствует о том, что сверхпроводящая фаза возникает благодаря взаимодействию между электронами и колебаниями решетки.

Сверхпроводники 1 рода и сверхпроводники 2 рода, металлы и прочие материалы, критическая температура и критическое магнитное поле:

Материалы Критическая температура, К Критические поля (при 0 К), Гс (Э*)
Сверхпроводники 1-го рода   Hc
Родий 0,000325 0,049
Магний 0,0005 —**
Вольфрам 0,012 1*
Гафний 0,37 —**
Титан 0,39 60
Рутений 0,47 46*
Кадмий 0,52 28
Цирконий 0,55 65*
Осмий 0,71 46,6*
Уран 0,8 —**
Цинк 0,85 53
Галлий 1,08 59
Алюминий 1,2 100*
Рений 1,7 188*
Сплав Аu-Bi 1,84 —**
Таллий 2,37 180
Индий 3,41 280
Олово 3,72 305
Ртуть 4,15 411
Тантал 4,5 830*
Ванадий 4,89 1340*
Свинец 7,1999 803
Технеций 11,2 —**
H2S (сероводород) 203 при давлении 150 ГПа 720 000
Сверхпроводники 2-го рода   Hc1 Hc2
Ниобий 9,25 1735 4040
Pb1Mo5,1S6 14,4 600 000
Nb3Sn 18,1 220 000
(Nb3Al)4Ge 20 —** —**
Nb3Ge 23,2 400 000
MgB2 39 —** —**
Yb0,9Ca0,1Ba1,8Sr0,2Cu4O8 86 —** —**
YBa2Cu3O7 93 1000*** 1 000 000***
Bi1,6Pb,6Sr2Ca2Sb0,1Cu3Oх 115 —** —**
HgBa2Ca2Cu3O8+x 135 —** —**

Примечание:

* для материалов, помеченных * значение критического поля указано в Э (эрстед), для остальных в Гс (гаусс).

** – нет данных.

*** Экстраполировано к абсолютному нулю.

Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com,

https://www.leadingedgeonly.com/innovation/view/superconducting-tapes

Найти что-нибудь еще?

карта сайта

свойства сопротивление левитация использование применение сверхпроводников на основе стекловолокнаметаллы магнитные сверхпроводники используют для создания которые 1 2 первого второго рода физика стекловолокно эффект суть электрического тока магнит краткорусский сверхпроводник материал реферат купить примеры в магнитном полеток в сверхпроводнике презентация по составукольцо из сверхпроводника

Коэффициент востребованности
1 862

Свойства сверхпроводников. Эффекты сверхпроводимости:

1. Нулевое электрическое сопротивление.

Строго говоря, сопротивление сверхпроводников равно нулю только для постоянного электрического тока. Сопротивление у сверхпроводников при прохождении через них переменного тока отлично от ноля и возрастает с повышением температуры.

2. Критическая температура сверхпроводников.

3. Критическое магнитное поле сверхпроводников.

Это значение магнитного поля, выше которого сверхпроводник теряет свойство сверхпроводимости и переходит в обычном состояние, характерное для обычного проводника.

Значение критического магнитного поля различается в зависимости от материала сверхпроводника и может составлять от нескольких десятков гаусс до нескольких сотен тысяч гаусс. В таблице значений сверхпроводимости материалов указывается критическое магнитное поле при температуре абсолютного нуля  (0 К).

Критическое магнитное и критическая температура взаимосвязаны между собой. При повышении температуры сверхпроводника критическое магнитное поле уменьшается. При температуре перехода из сверхпроводящего состояния в нормальное состояние критическое магнитное поле равно нулю, а при абсолютном нуле оно максимально.

Зависимость величины критического поля от температуры с хорошей точностью описывается выражением:

Нс(Т) = Нсо · (1 – T2 / Tc2)

где  Нс(Т) – критическое магнитное поле при заданной температуре, Нсо – критическое поле при нулевой температуре, Т – заданная температура, Тс – критическая температура.

Для сверхпроводников II рода указываются два значения магнитного поля.  Также нетрудно заметить, какие гигантские поля способны выдерживать сверхпроводники второго рода  без разрушения сверхпроводимости.

4. Критический ток в сверхпроводниках.

Это значение максимального постоянного тока, который может выдерживать сверхпроводник без потери сверхпроводящего состояния. При превышении этого значения сверхпроводник теряет свойство сверхпроводимости.

Как и критическое магнитное поле, критический ток обратно пропорционально зависит от температуры, уменьшаясь при ее увеличении.

5. Выталкивание магнитного поля сверхпроводником из своего объёма.

Это явление было названо эффектом Мейснера по имени первооткрывателя.

Эффект Мейснера означает полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.  Внутри сверхпроводника  намагниченность равна нулю. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфельдом.

Однако не у всех сверхпроводников наблюдается полный эффект Мейснера. Вещества, проявляющие полный эффект Мейснера, называются сверхпроводниками первого рода, а частичный – сверхпроводниками второго рода. Для сверхпроводников второго рода магнитное поле в интервале значений Hc1 –  Hc2 проникает и действует в виде вихрей Абрикосова. Однако стоит отметить, что в низких магнитных полях (ниже значения Hc и Hc1 ) полным эффектом Мейснера обладают все типы сверхпроводников.

Отсутствие магнитного поля в объеме сверхпроводника означает, что электрический ток протекает только в поверхностном слое сверхпроводника.

6. Глубина проникновения.

Это расстояние, на которое магнитный поток проникает в сверхпроводник. Обычно данную величину называют лондоновской глубиной проникновения (в честь братьев Лондон).

Глубина проникновения оказывается функцией температуры, прямо пропорционально ей и различна в разных материалах.

Исходя из действия эффекта Мейснера магнитное поле выталкивается из сверхпроводника токами, циркулирующими в его поверхностном слое, толщина которого приблизительно равна глубине проникновения. Эти токи создают магнитное поле, которым компенсируется поле, приложенное извне, не позволяя ему проникнуть внутрь.

При  достижении магнитным полем критического значения оно полностью проникает через глубину проникновения и захватывает весь сверхпроводник.

7. Длина когерентности.

Это расстояние, на котором электроны взаимодействуют друг с другом, создавая сверхпроводящее состояние. Электроны в пределах длины когерентности движутся согласованно – когерентно (как бы «в ногу»).

8. Удельная теплоемкость.

Данная величина показывает количество теплоты, необходимое для того, чтобы повысить температуру 1 грамма вещества на 1 К.

Удельная теплоемкость сверхпроводника резко (скачкообразно) возрастает вблизи температуры перехода в сверхпроводящее состояние, и довольно быстро (скачкообразно)  уменьшается с понижением температуры. Иными словами, в области перехода для повышения температуры вещества в сверхпроводящем состоянии требуется больше теплоты, чем в нормальном состоянии, а при очень низких температурах – наоборот.

Postscriptum для налогоплательщика

Отсутствие теоретического объяснения явления высокотемпературной сверхпроводимости, конечно, не останавливает поисков практических применений этих материалов. Основная трудность на этом пути заключается в «плохой технологичности» имеющихся высокотемпературных сверхпроводников: они оказались весьма хрупкими и непригодными для важнейшего технологического процесса обработки металлов — прокатки. Однако уже сейчас ряд кампаний поставляют на мировой рынок кабели из высокотемпературных сверхпроводников длиной в несколько километров. Их изготавливают, наполняя трубку из серебра или другого хорошего металла порошком высокотемпературного сверхпроводника, а затем прокатывая и отжигая ее. Сейчас в США и во Франции уже функционирует ряд опытных линий передач электроэнергии по подземному кабелю из высокотемпературного сверхпроводника. Созданы также первые моторы и генераторы на базе высокотемпературных сверхпроводников. Нет сомнения, что сфера применения этих материалов будет расширяться. И можно надеяться на открытие более совершенных высокотемпературных сверхпроводников.

Скажем теперь несколько слов о перспективах. Они поистине фантастичны. На повестку дня ставятся многие из предложенных ранее глобальных проектов — высокотемпературные сверхпроводники делают их рентабельными.

  • Так, сейчас в линиях электропередач теряется от 20 до 30 процентов всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Применение высокотемпературных сверхпроводников для передачи электроэнергии сможет полностью эти потери исключить.
  • Все проекты термоядерного синтеза базируются на использовании гигантских сверхпроводящих магнитов для удержания высокотемпературной плазмы от касания стенок камеры. Для поддержания их в сверхпроводящем состоянии расходуются если не реки, то ручьи жидкого гелия. В недалеком будущем их можно будет перевести на азотное охлаждение.
  • Огромные сверхпроводящие катушки смогут служить накопителями электроэнергии, снимающими пиковые нагрузки в потреблении электроэнергии.
  • Основанная на применении сверхпроводящих джозефсоновских элементов сверхчувствительная аппаратура для снятия магнито-кардиограмм и магнито-энцефалограмм может прийти во все больницы.
  • Между городами со скоростью 400 — 500 километров в час помчатся экспрессы на магнитной подушке, создаваемой сверхпроводящими магнитами.
  • Будет создано новое поколение сверхмощных компьютеров на сверхпроводниковой элементной базе, охлаждаемых жидким азотом.

Пусть нас не заподозрят в «сверхпроводящей эйфории». Даже за недолгое время, прошедшее со дня открытия, пыл многих исследователей был изрядно умерен — так бывает, когда выдающийся олимпийский рекорд не удается потом годами перекрыть. Но рекорд состоялся, теперь он служит ориентиром, возможность получения материалов с уникальными свойствами подтверждена. И хотя экономика, безусловно, не раз еще внесет коррективы в осуществление названных проектов, хотя рекордные результаты еще только следует превзойти, а затем перевести в разряд массовых, сегодня мы твердо знаем, что недавно невозможное стало реально достижимым. А это уже необратимо меняет точку отсчета в нашем отношении к сверхпроводимости.

История открытия

Одним из вопросов, которые интересовали Камерлинг-Оннеса, было изучение сопротивления металлов при сверхнизких температурах. Было известно, что с ростом температуры электрическое сопротивление также растет. Следовательно, можно ожидать, что с уменьшением температуры будет наблюдаться обратный эффект.

Экспериментируя с ртутью в 1911-м году, ученый довел ее до замерзания и продолжил понижать температуру. При достижении 4,2 К устройство перестало фиксировать сопротивление. Оннес заменял устройства в исследовательской установке, поскольку побаивался их неисправности, однако устройства неизменно показывали нулевое сопротивление, несмотря на то, что до абсолютного нуля оставалось еще 4 К.

После открытия сверхпроводимости ртути возникло большое количество вопросов. Среди них: «свойственна ли сверхпроводимость другим веществам, помимо ртути?» или «сопротивление снижается до нуля, либо оно настолько мало, что устройства, которые существуют, не могут его измерить.

Оннес предложил оригинальное исследование с непрямым измерением, до какого уровня понижается сопротивление. Возбужденный в полупроводниковой цепи электрический ток, который был измерен при помощи отклонения магнитной стрелки, не затухал несколько лет. Согласно результатам этого эксперимента, полученное посредством расчетов удельное электрическое сопротивление сверхпроводника равнялось 10−25 Ом•м. По сравнению с удельным электрическим сопротивлением меди (1.5۰10−8 Ом•м) данная величина меньше на 7 порядков, что делает ее практически нулевой.

Сверхпроводимость при комнатной температуре:

Сверхпроводимость – это физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении до нуля электрического сопротивления вещества при достижении температуры ниже критической.

Явление сверхпроводимости открыл в 1911 г. голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес, исследуя зависимость электрического сопротивления металлов от температуры. Сверхнизкими температурами он начал интересоваться ещё в 1893 г. В 1908 г. ему удалось получить жидкий гелий. Охлаждая с его помощью металлическую ртуть, он с удивлением обнаружил, что при температуре, близкой к абсолютному нулю (4,15 К), электрическое сопротивление ртути скачком падает до нуля.

Впоследствии было открыто, что сверхпроводимостью обладают не только другие чистые металлы (свинец, ниобий, вольфрам, олово и пр.), но и сплавы как этих металлов, так и металлов не являющихся сверхпроводниками. Большинство из них имели критическую температуру, близкую к абсолютному нулю.

Выше этой критической температуры металлы и сплавы находятся в нормальном состоянии, а ниже ее – в сверхпроводящем.

В восьмидесятые годы были созданы новые сверхпроводники. Это сверхпроводящие керамики, сверхпроводники на основе железа и др. Сверхпроводимость в них наступала при температурах, значительно превышающих температуру абсолютного нуля.

В 1993 г. было открыто вещество, критическая температура которого равна 135 К при нормальном давлении, – HgBa2Ca2Cu3O8+x. Данное вещество относится к классу купратов (слоистых соединений на основе оксида меди).

В 2017 г. открыто новое вещество, которое является сверхпроводимым при комнатной температуре. Ученые синтезировали наночастицы вещества, состоящего из одного атома меди и двух атомов кислорода (CuO2), не существующие в природе, с использованием метода вакуумного плазменно-дугового испарения. В определенном диапазоне магнитных полей (более 3 кЭ) и при комнатной температуре такие частицы в виде нанопорошков демонстрируют свойства сверхпроводников.

Явление сверхпроводимости при комнатной температуре открывает путь к электротехническому оборудованию нового поколения.

Пароизоляция

В качестве гидро,- и пароизоляции используются следующие материалы:

  • полипропиленовые и полиэтиленовые гидро,- и пароизоляционные пленки;
  • мембраны;
  • фольгированный материал;
  • пароизоляционный картон;
  • пергамин;
  • жидкая резина (обмазочная)
  • изоляционный материал ВПЭ.

Зачем нужна пароизоляция? Это защита строительных конструкций и утеплителей, что необходимо для создания комфортного микроклимата помещения. Пароизоляция используется в том случае, когда есть вероятность контакта утеплителя с воздухом, чаще всего для кровли.

В случае попадания влаги на утеплитель дальнейшее его использование осложняется появлением грибка, плесени и снижением теплоизоляционных свойств. Стоит отдельно пояснить, для чего нужна пароизоляция кровли: пар всегда поднимается вверх, таким образом, крыша – наиболее уязвимый участок здания.

Наиболее простым способом при строительстве кровли считается оклеечная пароизоляция. Ее преимущества – небольшое количество швов и герметичность соединений

При использовании такой технологии важно правильно выбрать материал. Чаще всего используется пароизоляционная пленка разного вида. Так рулонная полипропиленовая пленка достаточно прочная, в то время как полиэтиленовую легко повредить при монтаже

Поврежденный полиэтилен теряет свойства гидро,- и пароизоляции. Для простоты монтажа лучше выбрать самоклеящийся материал

Так рулонная полипропиленовая пленка достаточно прочная, в то время как полиэтиленовую легко повредить при монтаже. Поврежденный полиэтилен теряет свойства гидро,- и пароизоляции. Для простоты монтажа лучше выбрать самоклеящийся материал.

Такой вид пароизоляции как пергамин сочетает в себе свойства гидроизоляционных материалов. Если использовать пергамин как гидро,- и пароизоляцию, это поможет сократить расходы при производстве работ. Чаще всего он используется при строительстве бань, которые эксплуатируются круглый год (кроме перекрытия помещения парилки). Благодаря эластичности пергамин как пароизоляция используется при строительстве скатных крыш.

Устройство прокладочной пароизоляции в один слой – наиболее бюджетный и востребованный вид защиты материалов конструкции от влаги и пара. Такой вариант используется в жилых помещениях, офисах и торговых строениях.