Зашто је важна суперпроводљивост

Онес је проучавао понашање метала на ниским температурама и уочио да отпор хемијски чисте живе пада на нулу на температури од 4,2 К.

То је веома ниска температура. Супстанције које имају таква својства зову се суперпроводници.

Суперпроводна својства откривена су код великог броја легура, легуре бизмута и злата, карбиди молбидена и волфрама, нитриди ниобијума итд.

Од чистих метала највишу критичну температуру има ниобијум од 9,5 К.

Када би се у прстену од суперпроводника индуковала електрична струја она би због одсуства електричног отпора кружила у њему годинама јер нема термалних губитака енергије.

Термалне губитке енергије можемо осетити када дотакнемо проводник кроз који протиче електрична струја, нпр. када се пуни мобилни телефон он се загрева, пошто се ослобађа топлота при проласку електричне струје кроз проводник.

По Џул-Ленцовом закону, топлота која се ослобађа у проводнику сразмерна је квадрату јачине електричне струје која кроз њега протиче, електричној отпорности тог проводника и времену протицања ове струје.

Суперпроводна технологија 

Данас, када су потребе за енергијом сваким даном све веће, а резерве нафте и угља као примарних извора енергије све мање, потребно је да се пренос и складиштење произведене енергије врши са што мање губитака.

Применом суперпроводника би се поред тога могао унапредити рад компјутера који би били знатно мањих димензија и ефикаснији од данашњих, а и примена у саобраћају и медицини би довела до великог напретка.

Суперпроводна технологија би свакако значајно унапредила многе човекове делатности.

За разлику од нормалних метала (злато, бакар, сребро) код којих се снижавањем температуре снижава електрични отпор, али при приближавању апсолутној нули има сталну вредност, код суперпроводника тај отпор пада на нулту вредност (калај, жива, ниобијум) на температурама блиским апсолутној нули.

Критична температура је температура на којој електрични отпор пада на нули и проводник прелази у суперпроводно стање.

Много година после експерименталног открића суперпроводника, 1957. године формирана је теорија којом се објашњава суперпроводљивост.

То је веома сложена теорија, али је суштина да се на критичној температури и нижим температурама стварају динамички парови електрона, тзв. Куперови парови који су носиоци електричне струје у суперпроводницима и проводе струју без отпора.

Поред тога што проводе струју без отпора, код суперпроводника се јавља и занимљиво магнетно својство.

Мајснеров ефекат 

Када се тело од суперпроводног материјала стави у спољашње магнетно поље појављује се његово сопствено магнетно поље које је у унутрашњости тела супротног смера од спoљашњег поља, па је резултујуће магнетно поље у његовој унутрашњости једнако нули, тј. суперпроводник истискује из своје унутрашњости спољашње магнетно поље.

Та појава се зове Мајснеров ефекат и као његова последица се јавља суперпроводничка левитација (лебдење).

Примена код левитацијских возова, маглев возови. Лебдећи изнад суперпроводне „пруге" возови се крећу веома брзо и достижу брзине око 600 km/h. У конструкцију воза који се креће по магнетним тракама се уграде суперпроводници.

Када се они расхладе и пређу у суперпроводно стање јавља се Мајснеров ефекат и они истискују спољашње магнетно поље па због тога „лебде" изнад пруге на висини на којој је та одбојна сила уравнотежена са гравитационом.

Суперптоводници се користе као соленоиди код акцелератора (убрзивача наелектрисаних честица), код електричних мотора и генератора у подморницама.

Употребљавају се и као соленоиди у уређајима који служе за магнетну заштиту космичких објеката (сателита, космичких станица, бродова...) од космичког зрачења.

Значајна примена суперпроводника је и у медицини пошто би суперпроводљиви мерни уређаји могли да мере веома слаба електрична и магнетна поља мозга и срца.