Supraconductivitatea este o parte interesantă a fizicii care are utilizări în mulți factori ai vieții noastre. Dacă oamenii de știință ar fi capabili să descopere un supraconductor de presiune și temperatura camerei, acesta ar revoluționa tehnologia. Din păcate, aceasta s-a dovedit a fi o sarcină foarte dificilă și s-ar putea să nu fie posibilă deloc.
Ce este supraconductivitatea?
Un conductor electric este un material care poate conduce electricitatea. Fiecare material are propria rezistență electrică, care este o măsură a opoziției sale la fluxul unui curent electric. Un material cu rezistență mare este un conductor slab și invers.
Supraconductivitatea este un fenomen fizic în care un material are rezistență electrică zero. În această stare, există o serie de efecte interesante și utile. Un supraconductor care nu are rezistență înseamnă că un curent electric poate fi trecut prin el fără a pierde niciodată energie sau a-l încălzi. Acest lucru poate permite transmiterea și stocarea energiei perfect eficiente.
Supraconductorii pot crea, de asemenea, magneți excepțional de puternici, exemple în acest sens pot fi găsite în aparatele RMN și în acceleratoarele de particule. Experimentele au arătat că curenții electrici din acești magneți pot persista ani de zile fără nicio scădere măsurabilă a puterii. Cercetările sugerează că curentul ar fi stabil timp de cel puțin 100.000 de ani, cu unele estimări prezicând că curentul ar putea persista mai mult decât durata de viață estimată a univers.
Când sunt plasați peste un magnet, supraconductorii formează un câmp magnetic egal care respinge magnetul. Acest lucru permite supraconductorilor să leviteze perfect deasupra sau sub un magnet sau chiar de-a lungul unei piste de magneți.
Cerințe de supraconductivitate
Un material începe să supraconducă doar sub o anumită temperatură, unde rezistența sa electrică scade brusc la zero. Din păcate, toți supraconductorii cunoscuți devin supraconductori doar la temperaturi extrem de scăzute. Un supraconductor „de înaltă temperatură” este definit ca un material care se comportă ca un supraconductor peste temperatura azotului lichid (73K sau -200°C). Temperatura exactă la care rezistența electrică a unui material scade la zero se numește „Temperatura critică”.
Sfat: Elementele deosebit de reci ale fizicii sunt, în general, măsurate în Kelvin (K). Un Kelvin este echivalent cu un grad Celsius, dar scara Kelvin începe de la zero absolut, sau -273,15°C.
Cel mai mare supraconductor de temperatură descoperit, începând cu 2020, este Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 care are o temperatură critică de 138K sau -135°C la o atmosferă de presiune.
Temperatura nu este singurul factor important în supraconductivitate, presiunea joacă, de asemenea, un rol într-un număr de supraconductori. Hidrogen sulfurat (H2S) are o temperatură critică de doar 203K (-70°C) și decahidrură de lantan (LAH)10) are o temperatură critică de 250K (-23°C). Din păcate, aceste materiale trebuie să fie la presiuni incredibil de mari pentru a deveni supraconductoare, cu H2S care necesită 986.923 atmosfere de presiune și LaH10 având nevoie de 1.677.770 de atmosfere.
Sfat: Presiunea pe această scară este în general măsurată în GPa sau Giga-pascali, numerele fiind de 100 GPa și, respectiv, 170 GPa. Pentru a face această valoare mai ușor de înțeles, a fost transformată în atmosfere. O atmosferă de presiune este presiunea medie a aerului la nivelul mării pe Pământ. Pentru comparație, presiunea în cel mai adânc punct al oceanelor Pământului, Challenger Deep din șanțul Marianei, este de 1.071 de atmosfere la 10.994 de metri sub nivelul mării.
Potențiale utilizări viitoare pentru supraconductori la temperatura camerei
Termenul „superconductor la temperatura camerei” este folosit pentru a se referi la potențiale materiale viitoare care prezintă supraconductivitate la temperaturi peste 273K sau 0°C. Pentru a deveni deosebit de utile în lumea reală, aceste materiale ar trebui, de asemenea, să fie supraconductoare la sau aproape de o atmosferă de presiune.
Un supraconductor la temperatura camerei ar ajuta la reducerea problemelor energetice ale lumii eliminând aproape energia electrică pierdută în timpul transmisiei pe distanțe lungi prin liniile electrice. De asemenea, ar permite calculatoare mai rapide și dispozitive de stocare a memoriei, împreună cu senzori științifici mai sensibili. Ar deveni mult mai ieftin să rulezi magneții foarte puternici utilizați în dispozitive precum acceleratoare de particule, aparate RMN, prototip reactoare de fuziune nucleară și trenuri maglev, deoarece magneții nu ar avea nevoie de azot lichid pentru a răci supraconductorul suficient pentru a muncă.