Свехпроводнікі і кріопроводники

Свехпроводнікі і кріопроводники

При зниженні температури питомий
електричний опір металів зменшується і при дуже низьких
(Кріогенних) температурах електропровідність металів наближається до абсолютного
нулю.

У 1911 р при охолодженні кільця з
замороженої ртуті до температури 4,2 К голландський вчений Г. Каммерлінг-Оннес
знайшов, що електричний опір про кільця в один момент падає до дуже
малого значення, яке неможливо виміряти. Таке зникнення електронного
опору, тобто виникнення нескінченної питомої провідності у матеріалу,
було названо надпровідність.

Матеріали, що мають здатність
перебігати в надпровідності стан при їх охолодженні до досить низькою
температури, стали іменувати сверхпроводниками. критична температура
охолодження, при якій відбувається перехід речовини в надпровідний стан,
іменують температурою понад-проведеного переходу або критичною температурою
переходу Ткр.

Перехід в надпровідності стан
є оборотним. При підвищенні температури до ТК матеріал повертається в
звичайне (непроводящее) стан.

особливість надпровідників
полягає в тому, що в один прекрасний момент наведений в надпровідному контурі електронний
ток буде довго (роками) циркулювати по цьому контуру без помітного
зменшення власної сили і до того ж без будь-якого додаткового підведення енергії
зовні. Подібно незмінному магніту такий контур робить в навколишньому
просторі магнітне поле.

У 1933 р німецькі фізики В.Майснер
і Р.Оксенфельд знайшли, що надпровідники при переході в надпровідний
стан стають бездоганними діамагнентікамі. Тому зовнішнє магнітне поле
не просочується в надпровідний тіло. Якщо перехід матеріалу в надпровідний
стан відбувається в магнітному полі, то поле «виштовхується» з
надпровідника.

Відомі надпровідники мають
дуже низькі критичні температури переходу Тк. Тому пристрої, в
яких вживаються надпровідники, повинні працювати в умовах охолодження
водянистим гелієм (температура зріджування гелію при звичайному тиску приблизно 4,2
К). Це ускладнює і здорожує створення і експлуатацію надпровідникових
матеріалів.

Крім ртуті надпровідність
притаманна й іншим чистим металам (хім елементів) і різним сплавів і
хім з`єднанням. Але такі метали, як срібло і мідь, при самих
низьких температурах, досягнутих в даний час, перевести в надпровідний
стан не вдалося.

Можливості використання явища
надпровідності визначаються значеннями температури переходу в надпровідний
стан Тк і критичною напруженості магнітного поля.

надпровідникові матеріали
підрозділяють на м`які і тверді. До м`яким надпровідників відносять чисті
метали, крім ніобію, ванадію, телуру. Головним недоліком м`яких
надпровідників є низьке значення критичної напруженості магнітного
поля.

В електротехніці м`які
надпровідники не використовуються, так як надпровідний стан в цих
матеріалах зникає вже в слабких магнітних полях при маленьких щільності струму. 

До жорстких надпровідників відносять
сплави з перекрученими кристалічними гратами. Вони зберігають надпровідність
навіть при відносно великих щільності струму і сильних магнітних полях.

Характеристики жорстких надпровідників
були відкриті посеред нашого століття і донині проблема їх
дослідження і впровадження є однією з важливих проблем сучасної науки
і техніки.

Тверді надпровідники володіють
рядом особливостей:

• при
  охолодженні перехід в надпровідний стан відбувається не різко, як у
  м`яких надпровідників, а в протягом деякого температурного
  інтервалу;

• якісь
  з жорстких надпровідників мають не тільки порівняно високі значення
  критичною температури переходу Тк, та й щодо високі значення
  критичною магнітної індукції Вкр;

• при
  зміні магнітної індукції можуть спостерігатися проміжні стану між
  сверхпроводящим і звичайним;

• мають
  тенденцію до розсіювання енергії при пропущенні через їх змінного струму;

• залежність
  параметрів надпровідності від технологічних режимів виробництва, чистоти
  матеріалу і досконалості його кристалічної структури.

За технологічними властивостями
тверді надпровідники ділять на наступні види:

• порівняно легко деформуються, з яких можна виготовляти дріт і
  стрічки [ніобій, сплави ніобій-титан (Nb-Ti), ванадій-галій (V-Ga)];

• важко
  піддаються деформації через крихкість, з яких отримують вироби способами
  порошкової металургії (интерметаллические матеріали типу станід ніобію
  Nb3Sn).

Нерідко надпровідникові дроти
покривають «стабілізуючої» оболонкою з міді або іншого відмінно проводить
електричний струм і тепло металу, що дозволяє уникнути пошкодження
основного матеріалу надпровідника при випадковому підвищенні температури.

У ряді випадків використовують
композитні надпровідникові дроти, в яких велика кількість тонких
ниткоподібних надпровідників укладено в громіздку оболонку з міді або іншого
несверхпроводнікового матеріалу.

плівки надпровідникових
матеріалів мають особливі характеристики:

• критична
  температура переходу Ткр в ряді випадків істотно перевершує Ткр великих
  матеріалів;

• величезні
  значення граничних струмів, що пропускаються через надпровідник;

• найменший
  температурний інтервал переходу в надпровідний стан.

Надпровідники вживають при
розробці: електронних машин і трансформаторів малих маси і розмірів з високим
коефіцієнтом корисної деянія- кабельних ліній для передачі енергії великий
потужності на величезні відстані-хвилеводів з особливо малим затуханіем- накопичувачів
енергії і пристроїв пам`яті-магнітних лінз електричних мікроскопов- котушок
індуктивності з друкованим монтажем.

На базі плівкових
надпровідників створений ряд запам`ятовуючих пристроїв і частин автоматики і
обчислювальної техніки.

Обмотки електромагнітів з
надпровідників дозволяють отримувати максимально можливі значення напруженості
магнітного поля.