Применение сверхпроводимости
Явление сверхпроводимости используется для получения сильных магнитных полей, поскольку при прохождении по сверхпроводнику сильных токов, создающих сильные магнитные поля, отсутствуют тепловые потери. Однако в связи с тем, что магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости, для получения сильных магнитных полей применяются так называемые сверхпроводники II рода, в которых возможно сосуществование сверхпроводимости и магнитного поля. В таких сверхпроводниках магнитное поле вызывает появление тонких нитей нормального металла, пронизывающих образец, каждая из которых несёт квант магнитного потока. Вещество же между нитями остаётся сверхпроводящим. Поскольку в сверхпроводнике II рода нет полного эффекта Мейснера, сверхпроводимость существует до гораздо больших значений магнитого поля Hc2.
Первым промышленным применением сверхпроводимости было создание сверхпроводящих магнитов с высокими критическими полями.
Следующее практическое применение сверхпроводимости относится к технике чувствительных электронных приборов. Экспериментальные образцы приборов с контактом Джозефсона могут обнаруживать напряжения порядка 10-15 Вт. Техника сверхпроводимости и особенно контакты Джозефсона оказывают все большее влияние на метрологию. С помощью джозефсоновских контактов создан стандарт 1 В. Был разработан также первичный термометр для криогенной области, в которой резкие переходы в некоторых веществах используются для получения реперных (постоянных) точек температуры. Новая техника используется в компараторах тока, для измерений радиочастотной мощности и коэффициента поглощения, а также для измерений частоты. Она применяется также в фундаментальных исследованиях таких, как: измерение дробных зарядов атомных частиц и проверка теории относительности.
Сверхпроводимость будет широко использоваться в компьютерных технологиях. Здесь сверхпроводящие элементы могут обеспечивать очень малые времена переключения, ничтожные потери мощности при использовании тонкопленочных элементов и большие объемные плотности монтажа схем. Разрабатываются опытные образцы тонкопленочных джозефсоновских контактов в схемах, содержащих сотни логических элементов и элементов памяти.
Наиболее интересные возможные промышленные применения сверхпроводимости связаны с генерированием, передачей и использованием электроэнергии. Еще одно возможное применение сверхпроводников – в мощных генераторах тока и электродвигателях малых размеров. Обмотки из сверхпроводящих материалов могли бы создавать огромные магнитные поля в генераторах и электродвигателях, благодаря чему они были бы значительно более мощными, чем обычные машины. Опытные образцы давно уже созданы, а керамические сверхпроводники могли бы сделать такие машины достаточно экономичными. Рассматриваются также возможности применения сверхпроводящих магнитов для аккумулирования электроэнергии, в магнитной гидродинамике и для производства термоядерной энергии.
Контрольные вопросы:
1. Какие явления наблюдаются при сверхпроводимости?
а. Скачок удельной теплоемкости.
б. Небольшое изменение объема.
в. Резкое уменьшение поглощения ультразвука.
г. Все вышеперечисленные.
2. Каким физическими свойствами обладает вещество, находящееся в сверхпроводящем состоянии?
а. Выталкивание электрического поля.
б. Высокой напряженностью электрического поля данного вещества.
в. Высокой магнитной проницаемостью.
г. Выталкиванием магнитного поля, идеальной проводимостью.
3. При каких условиях разрушается сверхпроводящее состояние?
а. При пропускании через сверхпроводник тока такой величины, при которой на поверхности образца магнитное поле, вызванное этим током, становится равным критическому.
б. При воздействии магнитного поля достаточной величины, т.е. критической.
в. Все вышеперечисленные.
4. Что такое проводник второго рода?
а. Тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму.
б. Перенесение в них зарядов не сопровождается химическими превращениями.
в. Перенесение в них зарядов ведёт к химическим изменениям.
г. Тела в которых практически отсутствуют свободные заряды.
5. Каковы результаты исследования явления высокотемпературной сверхпроводимости?
а. В 1986 г. критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние понизилась более чем на 100° k.
б. В 1986 г. критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние повысилась более чем на 100° k.
в. В 1989 г. критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние не изменилась.
г. В 1989 г. критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние повысилась более чем на 100° k.