Tecnología e invenciones de superconductores
En 1911, Camourin-Onnes de la Universidad de Leiden en los Países Bajos descubrió inesperadamente que cuando el mercurio se enfriaba a -268,98°C, la resistencia del mercurio desaparecía repentinamente; más tarde descubrió que muchos metales y aleaciones tenían características similares; El mercurio antes mencionado pierde resistencia a bajas temperaturas. Debido a sus especiales propiedades conductoras, Camourin-Onnes lo llama estado superconductor. Kamaulin ganó el Premio Nobel en 1913 por su descubrimiento.
Este descubrimiento causó conmoción en todo el mundo. Después de él, la gente comenzó a llamar "superconductores" a los conductores en estado superconductor. La resistividad CC de los superconductores desaparece repentinamente a una determinada temperatura baja, lo que se denomina efecto de resistencia cero. No hay resistencia en el conductor y no se produce pérdida de calor cuando la corriente fluye a través del superconductor. La corriente puede fluir grandes corrientes en el cable sin ninguna resistencia, generando así un campo magnético súper fuerte. En 1933, Meissner y Ossenfeld de los Países Bajos descubrieron conjuntamente otra propiedad extremadamente importante de los superconductores. Cuando el metal está en estado superconductor, la intensidad de la inducción magnética en el superconductor es cero, pero la existencia original El campo magnético en el cuerpo se expulsa. . Los experimentos con bolas de estaño de cristal único descubrieron que cuando la bola de estaño pasa a un estado superconductor, el campo magnético alrededor de la bola de estaño cambia repentinamente y las líneas del campo magnético parecen ser repelidas fuera del superconductor. Este fenómeno se llama "paso". Efecto trampa".
Más tarde, la gente también hizo un experimento de este tipo: en una placa de hojalata plana y poco profunda, se colocó un imán permanente pequeño pero muy fuerte y luego se redujo la temperatura para que la placa de hojalata pareciera superconductora. Al mismo tiempo, se puede ver que el pequeño imán abandona la superficie de la hojalata, flota lentamente y cuelga inmóvil en el aire.
El efecto Meissner tiene una gran importancia. Puede utilizarse para determinar si un material es superconductor.
Para hacer prácticos los materiales superconductores, la gente comenzó a explorar la superconductividad de alta temperatura. De 1911 a 1986, la temperatura superconductora aumentó de 4,2 K de mercurio a 23,22 K (cero absoluto, cuyo nombre en código es K = -). 273,16 grados centígrados). En enero de 1986, se descubrió que la temperatura superconductora del óxido de cobre y bario lantano era de 30 K. El 30 de diciembre, este récord se actualizó a 40,2 K. En enero de 1987, aumentó a 43 K, y pronto aumentó a 46 K y 53 K. 15 de febrero Se descubrió el superconductor de 98K en Japón y pronto se descubrieron signos de superconductividad a 14°C. Se logró un gran avance en los superconductores de alta temperatura, lo que llevó la tecnología superconductora a aplicaciones a gran escala.
Los materiales superconductores y la tecnología superconductora tienen amplias perspectivas de aplicación. El efecto Meissner en la superconductividad permite a la gente utilizar este principio para crear trenes y barcos superconductores. Dado que estos vehículos funcionarán sin fricción, esto mejorará enormemente su velocidad y seguridad. Los trenes superconductores realizaron con éxito pruebas de viabilidad tripuladas en la década de 1970, a partir de 1987, Japón inició operaciones de prueba, pero a menudo se producían fallos. Este fenómeno puede deberse a los baches provocados por la conducción a alta velocidad. El barco superconductor fue botado para pruebas en el mar el 27 de enero de 1992 y aún no ha entrado en la etapa práctica. Todavía existen ciertos obstáculos técnicos para el uso de materiales superconductores para fabricar vehículos de transporte, pero seguramente desencadenará una ola de revolución en el transporte.
Las propiedades de resistencia cero de los materiales superconductores se pueden utilizar para transmitir electricidad y crear grandes imanes. La transmisión de energía de voltaje ultra alto causará grandes pérdidas y el uso de superconductores puede minimizar las pérdidas. Sin embargo, los superconductores con temperaturas críticas altas aún no han entrado en la etapa práctica, lo que limita el uso de la transmisión de energía superconductora. Con el desarrollo de la tecnología y la aparición continua de nuevos materiales superconductores, la esperanza de la transmisión de energía superconductora podrá hacerse realidad en un futuro próximo.
Los superconductores de alta temperatura existentes todavía se encuentran en un estado en el que deben enfriarse con nitrógeno líquido, pero todavía se considera uno de los mayores descubrimientos del siglo XX. 1. Bill Lee
En 1911, el científico holandés Onness utilizó helio líquido para enfriar el mercurio. Cuando la temperatura bajó a 4,2 K, descubrió que la resistencia del mercurio desaparecía por completo. Este fenómeno se llama superconductividad. En 1933, dos científicos, Meissner y Oxenfeld, descubrieron este fenómeno al que llamaron diamagnetismo.
La superconductividad y el diamagnetismo son dos propiedades importantes de los superconductores. La temperatura a la cual la resistencia de un superconductor se vuelve cero se llama temperatura crítica superconductora. Después de décadas de esfuerzos por parte de los científicos, se ha superado la barrera magnetoeléctrica de los materiales superconductores. La siguiente dificultad es romper la barrera de la temperatura, que consiste en buscar materiales superconductores de alta temperatura.
2. Cerámica superconductora extraña
En 1973, la gente descubrió la aleación superconductora de niobio y germanio. Su temperatura superconductora crítica es de 23,2 K. Este récord se ha mantenido durante 13 años. Año. En 1986, el Centro de Investigación estadounidense de IBM en Zurich, Suiza, informó que un óxido (lantano-bario-cobre-oxígeno) tenía una superconductividad a alta temperatura de 35 K, rompiendo el concepto tradicional de que "las cerámicas de óxido son aislantes" causó sensación en el mundo. la comunidad científica mundial. Desde entonces, los científicos han estado corriendo contra el tiempo para abordar el problema, y casi cada pocos días aparecen nuevos resultados de investigación.
A finales de 1986, la temperatura superconductora crítica del material superconductor de óxido estudiado por los Laboratorios Bell en Estados Unidos alcanzó los 40K, y se cruzó la "barrera de temperatura" (40K) del hidrógeno líquido. En febrero de 1987, el científico chino-estadounidense Zhu Jingwu y el científico chino Zhao Zhongxian elevaron sucesivamente la temperatura superconductora crítica a más de 90 K en materiales de la serie itrio-bario-cobre-oxígeno, y el área restringida de nitrógeno líquido (77 K) fue milagrosamente quebrado. A finales de 1987, los materiales de la serie talio-bario-calcio-cobre-oxígeno elevaron el récord de temperatura superconductora crítica a 125 K. En poco más de un año, entre 1986 y 1987, la temperatura crítica del superconductor aumentó en más de 100 K. ¡Esto es un milagro en la historia del desarrollo material e incluso en la historia del desarrollo tecnológico! La aparición continua de materiales superconductores de alta temperatura allana el camino para que los materiales superconductores pasen de los laboratorios a las aplicaciones.