Zašto je važna superprovodljivost

Ones je proučavao ponašanje metala na niskim temperaturama i uočio da otpor hemijski čiste žive pada na nulu na temperaturi od 4,2 K.

To je veoma niska temperatura. Supstancije koje imaju takva svojstva zovu se superprovodnici.

Superprovodna svojstva otkrivena su kod velikog broja legura, legure bizmuta i zlata, karbidi molbidena i volframa, nitridi niobijuma itd.

Od čistih metala najvišu kritičnu temperaturu ima niobijum od 9,5 K.

Kada bi se u prstenu od superprovodnika indukovala električna struja ona bi zbog odsustva električnog otpora kružila u njemu godinama jer nema termalnih gubitaka energije.

Termalne gubitke energije možemo osetiti kada dotaknemo provodnik kroz koji protiče električna struja, npr. kada se puni mobilni telefon on se zagreva, pošto se oslobađa toplota pri prolasku električne struje kroz provodnik.

Po Džul-Lencovom zakonu, toplota koja se oslobađa u provodniku srazmerna je kvadratu jačine električne struje koja kroz njega protiče, električnoj otpornosti tog provodnika i vremenu proticanja ove struje.

Superprovodna tehnologija 

Danas, kada su potrebe za energijom svakim danom sve veće, a rezerve nafte i uglja kao primarnih izvora energije sve manje, potrebno je da se prenos i skladištenje proizvedene energije vrši sa što manje gubitaka.

Primenom superprovodnika bi se pored toga mogao unaprediti rad kompjutera koji bi bili znatno manjih dimenzija i efikasniji od današnjih, a i primena u saobraćaju i medicini bi dovela do velikog napretka.

Superprovodna tehnologija bi svakako značajno unapredila mnoge čovekove delatnosti.

Za razliku od normalnih metala (zlato, bakar, srebro) kod kojih se snižavanjem temperature snižava električni otpor, ali pri približavanju apsolutnoj nuli ima stalnu vrednost, kod superprovodnika taj otpor pada na nultu vrednost (kalaj, živa, niobijum) na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli.

Kritična temperatura je temperatura na kojoj električni otpor pada na nuli i provodnik prelazi u superprovodno stanje.

Mnogo godina posle eksperimentalnog otkrića superprovodnika, 1957. godine formirana je teorija kojom se objašnjava superprovodljivost.

To je veoma složena teorija, ali je suština da se na kritičnoj temperaturi i nižim temperaturama stvaraju dinamički parovi elektrona, tzv. Kuperovi parovi koji su nosioci električne struje u superprovodnicima i provode struju bez otpora.

Pored toga što provode struju bez otpora, kod superprovodnika se javlja i zanimljivo magnetno svojstvo.

Majsnerov efekat 

Kada se telo od superprovodnog materijala stavi u spoljašnje magnetno polje pojavljuje se njegovo sopstveno magnetno polje koje je u unutrašnjosti tela suprotnog smera od spoljašnjeg polja, pa je rezultujuće magnetno polje u njegovoj unutrašnjosti jednako nuli, tj. superprovodnik istiskuje iz svoje unutrašnjosti spoljašnje magnetno polje.

Ta pojava se zove Majsnerov efekat i kao njegova posledica se javlja superprovodnička levitacija (lebdenje).

Primena kod levitacijskih vozova, maglev vozovi. Lebdeći iznad superprovodne „pruge" vozovi se kreću veoma brzo i dostižu brzine oko 600 km/h. U konstrukciju voza koji se kreće po magnetnim trakama se ugrade superprovodnici.

Kada se oni rashlade i pređu u superprovodno stanje javlja se Majsnerov efekat i oni istiskuju spoljašnje magnetno polje pa zbog toga „lebde" iznad pruge na visini na kojoj je ta odbojna sila uravnotežena sa gravitacionom.

Superptovodnici se koriste kao solenoidi kod akceleratora (ubrzivača naelektrisanih čestica), kod električnih motora i generatora u podmornicama.

Upotrebljavaju se i kao solenoidi u uređajima koji služe za magnetnu zaštitu kosmičkih objekata (satelita, kosmičkih stanica, brodova...) od kosmičkog zračenja.

Značajna primena superprovodnika je i u medicini pošto bi superprovodljivi merni uređaji mogli da mere veoma slaba električna i magnetna polja mozga i srca.