Nadprzewodnictwo: Różnice pomiędzy wersjami

Usunięte 897 bajtów ,  7 miesięcy temu
Wydzielono osobny rozdział "Zastosowania nadprzewodników", scalono dwa osobne fragmenty, traktujące o elektromagnesach nadprzewodzących
(drobne redakcyjne)
(Wydzielono osobny rozdział "Zastosowania nadprzewodników", scalono dwa osobne fragmenty, traktujące o elektromagnesach nadprzewodzących)
Postęp nauki przyczynia się do poznawania substancji, które umożliwiają bezstratny przepływ prądu w coraz wyższych temperaturach. Wciąż jednak jest to temperatura zbyt niska dla praktycznych zastosowań i wykorzystanie nadprzewodników jest nadal nieopłacalne w masowych zastosowaniach. Oczekuje się odkrycia taniego nadprzewodnika, który pracowałby w temperaturze normalnej (a więc do ok. 20 [[Skala Celsjusza|°C]]).
 
== Zastosowania nadprzewodników ==
Nadprzewodniki działające w temperaturze [[Hel (pierwiastek)|ciekłego helu]] są już praktycznie wykorzystywane w szczególnych sytuacjach. Np. w nadprzewodnikowych [[elektromagnes|elektromagnesach]] cewka elektromagnesu wykonana jest z nadprzewodnika umieszczonego w ciekłym helu - dzięki nadprzewodnictwu taki elektromagnes generuje bardzo silne [[pole magnetyczne|pola magnetyczne]] przy niewielkim poborze energii, zużywanej głównie do utrzymania helu w niskiej temperaturze. Nadprzewodzące elektromagnesy są stosowane w aparatach [[Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego|NMR]], przemysłowych generatorach [[plazma|plazmy]] oraz w [[akcelerator cząstek|akceleratorach]] [[cząstka elementarna|cząstek elementarnych]].
=== Nadprzewodzące przewody ===
 
Zjawisko nadprzewodnictwa wykorzystuje się również w [[nadprzewodnikowy zasobnik energii|nadprzewodnikowych zasobnikach energii]].
 
=== Przewody nadprzewodzące ===
[[Plik:CERN-cables-p1030764.jpg|thumb|300px|Kable zdolne przewodzić prąd 12 500 A – u góry konwencjonalne, na dole nadprzewodzący]]
Nadprzewodniki ze względu na swoją zerową oporność największe nadzieje budzą w branży energetycznej. Parametrami stanowiącymi o przydatności danego nadprzewodnika do celów technicznych są temperatura, pola i prądy krytyczne. Najbardziej obiecującymi nadprzewodnikami II rodzaju na przewody są materiały na bazie [[niob]]u (Nb, Nb<sub>3</sub>Sn, Nb-Ti i NbN) oraz na bazie [[Ołów|ołowiu]] (PbMo<sub>6</sub>Ti<sub>8</sub>).
 
=== Nadprzewodzące elektromagnesy ===
Nadprzewodzący [[elektromagnes]] stanowi cewka wykonana z wielu zwoi drutu nadprzewodzącego, zanurzona w cieczy cieczy chłodzącej (zwykle w ciekłym [[Hel (pierwiastek)|helu]]) i zasilana prądem elektrycznym. Dzięki nadprzewodnictwu taki elektromagnes generuje bardzo silne [[pole magnetyczne]], rzędu nawet 10<sup>6</sup> A/m w objętości rzędu 1 m³, przy niewielkim poborze energii, która zużywana jest głównie do utrzymania helu w niskiej temperaturze.
Nadprzewodniki dały możliwość łatwego wytworzenia bardzo silnych [[Pole magnetyczne|pól magnetycznych]]. Dzięki nim buduje się gigantyczne [[magnes]]y wytwarzające pole rzędu 10<sup>6</sup> A/m w objętości rzędu 1 m³.
 
Nadprzewodzące elektromagnesy są stosowane w aparatach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego MRI (np. do tomografii mózgu), w spektroskopach [[Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego|NMR]] (do obrazowania reakcji chemicznych), w [[Akcelerator cząstek|akceleratorach cząstek elementarnych]] <ref name="doom" />, w [[nadprzewodnikowy zasobnik energii|nadprzewodnikowych zasobnikach energii]], w przemysłowych generatorach [[plazma|plazmy]].
Nadprzewodzący elektromagnes stanowi cewka wykonana z N zwojów drutu nadprzewodzącego zanurzona w cieczy kriogenicznej, przez którą płynie prąd o [[Natężenie prądu elektrycznego|natężeniu]] I. Głównymi elementami takiego elektromagnesu są:
* kriostat,
* [[solenoid]],
* zasilacz.
 
Pole magnetyczne w centrum solenoiducewki możnaokreśla określić poniższym równaniemrównanie:
: <math>H_0=\frac{NI}{a_1}\cdot\frac{1}{2\beta (\alpha - 1)}\cdot F(\alpha, \beta),</math>
 
: <math>N</math> – ilość zwojów cewki,
: <math>I</math> – natężenie prądu elektrycznego,
: <math>\alpha</math> – parametr geometryczny solenoiducewki,
: <math>\beta</math> – parametr geometryczny solenoiducewki,
: <math>F(\alpha,\beta)</math> – funkcja zależna od geometrii solenoiducewki.
 
W geometrii solenoidu wyróżnia się dwa skrajne przypadki:
* solenoid krótki (β << α i β < 1),
* solenoid długi (a<sub>1</sub>β >> a<sub>2</sub> > a<sub>1</sub>).
 
Wyróżnia się:
Powyższa technologia znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach:
* solenoidcewki krótkikrótkie (β << α i β < 1),
* medycynie ([[Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego|obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego MRI]]),
* solenoidcewki długidługie (a<sub>1</sub>β >> a<sub>2</sub> > a<sub>1</sub>).
* chemii ([[Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego|spektroskopia NMR]]),
* fizyce jądrowej (elektromagnesy w [[Akcelerator cząstek|przyspieszaczach cząstek elementarnych]])<ref name=doom />.
 
=== Trakcja na poduszce magnetycznej ===
Soczewki wiązek elektronowych mogą być wykorzystane do emitowania spójnego [[Promieniowanie elektromagnetyczne|promieniowania elektromagnetycznego]]<ref name=doom />.
 
=== [[Łożysko magnetyczne|Łożyska nadprzewodzące]] ===
{{osobny artykuł|Łożysko magnetyczne}}
Zjawisko lewitacji magnesu nad nadprzewodnikiem zostało zastosowane w konstrukcji łożysk. Jednym z problemów materiałowych przy konstrukcji wykorzystaniu łożysk nadprzewodzących jest pułapkowanie strumienia magnetycznego w nadprzewodniku chłodzonym w obecności pola magnetycznego indukowanego przez pobliski magnes. Zmuszało to konstruktorów do demontowania urządzeń przed każdym chłodzeniem. Dopiero zastosowanie [[Tekstura krystaliczna|teksturowanego]] nadprzewodnika YBaCuO pozwoliło przełamać impas. Część stała łożyska była wykonana z tego nadprzewodnika wysokotemperaturowego, natomiast część wirująca była magnesem stałym. Magnes był odpychany od nadprzewodnika siłami lewitacji i osiągnięto prędkość 135 000 obrotów/min.<ref name=doom />