Презентация на тему: Сверхпроводники

Сверхпроводники.
Сверхпроводники.
Сверхпроводники.
Сверхпроводники.
Nb3Ge
Сверхпроводники по температуре перехода в сверхпроводящее состояние
По магнитным свойствам
Эффект Мейснера
«Гроб Магомета »
«Гроб Магомета»
«Гроб Магомета»
Применение сверхпроводников в современном мире
Применение сверхпроводников в современном мире
Применение сверхпроводников в современном мире
Будущее.
1/15
Средняя оценка: 5.0/5 (всего оценок: 57)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (11901 Кб)
1

Первый слайд презентации: Сверхпроводники

Изображение слайда
2

Слайд 2

Сверхпроводники - вещества, у которых при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк электрическое сопротивление падает до нуля, т. е. наблюдается сверхпроводимость. За исключением Cu, Ag, Au, Pt, щелочных, щелочноземельных и ферромагнитных металлов, большая часть остальных металлических элементов является С. Элементы Si, Ge, Bi становятся С. при охлаждении под давлением. В сверхпроводящее состояние может переходить также несколько сот металлических сплавов и соединений и некоторые сильно легированные полупроводники. Следует отметить, что существуют сверхпроводящие сплавы, в которых отдельные компоненты или даже все компоненты сплава сами по себе не являются С.

Изображение слайда
3

Слайд 3

Важнейшим параметром, характеризующим свойства С., является величина критического магнитного поля Нк, выше которого С. переходит в нормальное (несверхпроводящее) состояние. С ростом температуры значение Нк монотонно падает и обращается в нуль при Т ³ Тк. Максимальное значение Нк = H0, определённое из экспериментальных данных путём экстраполяции к нулю абсолютной температурной шкалы, для ряда С. приведено в таблице. Самой высокой из известных (1974) Тк обладает соединение Nb3Ge, приготовленное по специальной технологии.

Изображение слайда
4

Слайд 4

Изображение слайда
5

Слайд 5: Nb3Ge

Германийтриниобий — бинарное неорганическое соединение, интерметаллид ниобия и германия. Германийтриниобий образует серые кристаллы кубической сингонии, пространственная группа P m3n. Соединение образуется по перитектической реакции при температуре 1900°С, обеднено германием и имеет область гомогенности 18—23 ат.% германия. Не растворяется в воде и органических растворителях. При температуре до 23,2 К переходит в сверхпроводящее состояние, при температуре кипения гелия (4,2 К) критическое поле 37 Тл.

Изображение слайда
6

Слайд 6: Сверхпроводники по температуре перехода в сверхпроводящее состояние

А) Низкотемпературные (Тс ниже 77 К ). В низкотемпературных сверхпроводниках электроны взаимодействуют через фононы – кванты тепловых колебаний положительно заряженных ионов, составляющих кристаллическую решетку металла. Ее искажение, возникающее при прохождении одного электрона, через несколько микросекунд оказывает влияние на его партнера. Таким образом, при испускании и поглощении фононов между электронами возникает слабое взаимное притяжение. Б) Высокотемпературные (Тс от 77 до 135 К ). Все известные в настоящее время высокотемпературные сверхпроводники являются оксидами, большинство из которых содержат медь, но имеются также и соединения без меди. Особое значение в оксидных высокотемпературных сверхпроводниках имеет состояние кислородной подрешетки, т.е. концентрация, структурное положение и подвижности атомов кислорода в кристаллической структуре. Это вызвано тем, что с кислородом в оксидных сверхпроводниках связывают как понимание природы высокотемпературной сверхпроводимости, так и объяснение нестабильности свойств высокотемпературных сверхпроводящих материалов. В) Комнатные (293 К ). Отдельные зерна графита могут проявлять сверхпроводящие свойства при комнатной температуре после обработки водой и выпекания в печи, что говорит о возможности достижения сверхпроводимости в нормальных условиях на практике.

Изображение слайда
7

Слайд 7: По магнитным свойствам

Сверхпроводники I рода. Сверхпроводниками I рода являются все чистые металлы, кроме переходных. Для сверхпроводников I рода характерны скачкообразный переход в сверхпроводящее состояние и наличие одной критической напряженности магнитного поля, при которой наблюдается этот переход. Значения критической температуры и критической напряженности магнитного поля у них малы. Для сверхпроводников I рода характерным является проявление эффекта Мейснера. Сверхпроводники II рода. Все интерметаллические соединения и сплавы относятся к сверхпроводникам II рода. Они переходят в сверхпроводящее состояние в некотором интервале температур. Значения критической температуры и напряженности у них меньше. В таких сверхпроводниках токи не вытесняются на поверхность образца, а образуют цилиндрические каналы, пронизывающие весь объем. В центре канала куперовских пар нет, и сверхпроводимость отсутствует. При возрастании магнитного поля нити, расширяясь, сближаются и сверхпроводящее состояние разрушается. Достаточно сильные магнитные поля, которые способны выдерживать эти сверхпроводники, позволяют использовать их в различного типа устройствах для создания сильного магнитного поля. Однако деление веществ по их сверхпроводящим свойствам на два вида не является абсолютным. Любой сверхпроводник I рода можно превратить в сверхпроводник II рода, если создать в нем достаточную концентрацию дефектов кристаллической решетки.

Изображение слайда
8

Слайд 8: Эффект Мейснера

Э ффект Мейсснера (от нем. Meißner ) — полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками В.  Мейснером и Р.  Оксенфельдом. При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние, магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нём существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю. Впервые его природу объяснили братья Фриц и Хайнц Лондоны [ en ] c помощью уравнения  Лондонов. Они показали, что в сверхпроводнике поле проникает на фиксированную глубину от поверхности — лондоновскую глубину проникновения магнитного поля \ lambda. Для металлов {\ displaystyle \ lambda \ sim 10^{-2}} мкм

Изображение слайда
9

Слайд 9: Гроб Магомета »

«Гроб Магомета» — опыт, демонстрирующий эффект Мейснера в сверхпроводниках. По преданию, гроб с телом пророка Магомета висел в пространстве без всякой поддержки, поэтому этот эксперимент называют «Гроб Магомета ». Сверх­про­во­ди­мость су­ще­ству­ет толь­ко при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах, по­это­му пред­ва­ри­тель­но ве­ще­ство охла­жда­ют, на­при­мер, при по­мо­щи жид­ко­го азота. Далее маг­нит кла­дут на по­верх­ность плос­ко­го сверх­про­вод­ни­ка. Даже в полях, маг­нит­ная ин­дук­ция ко­то­рых со­став­ля­ет 0,001 Тл, за­мет­но сме­ще­ние маг­ни­та вверх на рас­сто­я­ние по­ряд­ка сан­ти­мет­ра. При уве­ли­че­нии поля вплоть до кри­ти­че­ско­го маг­нит под­ни­ма­ет­ся всё выше. Объяснение Одним из свойств сверх­про­вод­ни­ков яв­ля­ет­ся вы­тал­ки­ва­ние маг­нит­но­го поля из об­ла­сти сверх­про­во­дя­щей фазы. От­тал­ки­ва­ясь от непо­движ­но­го сверх­про­вод­ни­ка, маг­нит «всплы­ва­ет» сам и про­дол­жа­ет «па­рить» до тех пор, пока внеш­ние усло­вия не вы­ве­дут сверх­про­вод­ник из сверх­про­во­дя­щей фазы. В ре­зуль­та­те этого эф­фек­та маг­нит, при­бли­жа­ю­щий­ся к сверх­про­вод­ни­ку, «видит» маг­нит оди­на­ко­вой по­ляр­но­сти и точно та­ко­го же раз­ме­ра, — что и вы­зы­ва­ет ле­ви­та­цию.

Изображение слайда
10

Слайд 10: Гроб Магомета»

Изображение слайда
11

Слайд 11: Гроб Магомета»

Изображение слайда
12

Слайд 12: Применение сверхпроводников в современном мире

Спектр применений сверхпроводников удобно разделить на : различные материалы: пленочные проводники, сверхпроводящие магниты и пр.; микротехника : микроволновые устройства, сверхчувствительные системы обнаружения магнитных полей, цифровая электроника, искусственные биологические системы; макротехника : силовые кабели, электрические системы и сети, генераторы и двигатели.

Изображение слайда
13

Слайд 13: Применение сверхпроводников в современном мире

В силовых применениях сверхпроводники позволяют снизить энергопотери и сократить массогабаритные показатели оборудования. Высокая плотность тока в сверхпроводниках позволяет уменьшать размеры оборудования, а также создавать магнитные поля высокой интенсивности, недостижимые обычной аппаратурой. Ограничивающим фактором является необходимость поддержания проводника при низкой температуре, что само по себе требует энергозатрат, поэтому наиболее актуальны применения в устройствах большой мощности. В этом случае затраты на криообеспечение пренебрежимо малы. В настоящее время промышленность США уже имеет коммерческие ВТСП изделия - трансформаторы, электрические моторы, токоограничители и силовые кабели.

Изображение слайда
14

Слайд 14: Применение сверхпроводников в современном мире

Несмотря на кажущуюся простоту, трение остается дискуссионной и плохо изученной проблемой. В частности, отсутствие ясной взаимосвязи между трением на микро- и макроскопическом уровне не позволяет вывести фундаментальный закон, позволяющий одинаково правильно описывать это явление на разных масштабах. С изобретением в 1986 году атомно-силового микроскопа с кантилевером с микроскопической иглой на конце исследование трения переместилось на атомарный уровень, а сама наука о силе трения превратилась в нанотрибологию. Неконтактное трение имеет двойную природу: электронное трение (электростатическое плюс ван -дер- ваальсово ) и фононное. Парное объединение электронов при сверхпроводимости проводимости приводит к тому, что они начинают вести себя как единое целое. Благодаря этому единству электроны без потерь энергии двигаются через кристаллическую решетку, игнорируя ее сопротивление. Значит, если электроны становятся невосприимчивы к препятствиям на своем пути, они не будут реагировать и на внешний раздражитель в виде иглы микроскопа. Следовательно, в системе «игла кантилевера — сверхпроводящая поверхность» вклад в трение будет давать лишь фононная часть, а электронная будет равна нулю.

Изображение слайда
15

Последний слайд презентации: Сверхпроводники: Будущее

Через 10-20 лет сверхпроводимость будет широко использоваться в энергетике, промышленности, на транспорте и гораздо шире в медицине и электронике. В электронике сверхпроводимость найдет широкое применение в компьютерных технологиях. Потенциально наиболее выгодное промышленное применение сверхпроводимости связано с генерированием, передачей и эффективным использованием электроэнергии. Еще одно перспективное применение сверхпроводников – в генераторах тока (от мощных электростанций до обычных ветряных установок) и электродвигателях. С развитием СП-технологий сверхпроводящие двигатели найдут широкое применение также и в самолетах и на автомобильном транспорте. Строительство сверхпроводящей железной дороги запланировано в Японии. За счет сил взаимного отталкивания между движущимся магнитом и током, индуцируемым в направляющем проводнике, поезд будет двигаться плавно, без шума и трения и будет способен развивать очень большую скорость. Возможность ускорения макроскопических объектов электромагнитным полем найдет свое применение также на аэродромах и космодромах, где СП-магниты будут обеспечивать взлет/посадку воздушным судам и космическим кораблям. Рассматриваются также возможности применения сверхпроводящих магнитов для аккумулирования электроэнергии в магнитной гидродинамике и для производства термоядерной энергии.

Изображение слайда