초전도체 및 저온 전도체

초전도체 및 저온 전도체

초전도 상태로의 전이가 가능한 27개의 순수 금속과 1000개 이상의 다양한 합금 및 화합물이 알려져 있습니다. 여기에는 순수 금속, 합금, 금속간 화합물 및 일부 유전체 재료가 포함됩니다.

초전도체

온도가 떨어지면 금속의 특정 전기 저항 감소하고 매우 낮은(극저온) 온도에서 금속의 전기 전도도는 절대 영도에 접근합니다.

1911년 네덜란드 과학자 G. Kamerling-Onnes는 얼어붙은 수은 고리를 4.2K의 온도로 냉각시켰을 때 고리의 전기 저항이 갑자기 측정할 수 없는 매우 작은 값으로 떨어지는 것을 발견했습니다. 이러한 전기 저항의 소실, 즉 물질에서 무한 전도성의 출현을 초전도성이라고 합니다.

충분히 낮은 온도 수준으로 냉각될 때 초전도 상태가 되는 능력을 가진 물질을 초전도체라고 부르기 시작했습니다.물질이 초전도 상태로 전이되는 임계 냉각 온도를 초전도 전이 온도 또는 임계 전이 온도 Tcr이라고 합니다.

초전도 전이는 가역적입니다. 온도가 Tc로 상승하면 재료는 정상(비전도성) 상태로 돌아갑니다.

초전도체의 특성은 일단 초전도 회로에 유도되면 전류가 강도의 눈에 띄는 감소 없이 그리고 외부로부터의 추가 에너지 공급 없이 이 회로를 따라 오랜 시간(수년) 동안 순환한다는 것입니다. 이러한 회로는 영구 자석처럼 주변 공간에 생성됩니다. 자기장.

1933년 독일 물리학자 V. Meissner와 R. Oxenfeld는 초전도 상태로 전환하는 동안 초전도체가 이상적인 반자성체가 된다는 사실을 확립했습니다. 따라서 외부 자기장은 초전도체를 관통하지 않는다. 재료가 자기장에서 초전도 상태로 전이되면 자기장은 초전도체 밖으로 "밀어"집니다.

알려진 초전도체는 임계 전이 온도 Tc가 매우 낮습니다. 따라서 초전도체를 사용하는 장치는 액체 헬륨 냉각 조건(상압에서 헬륨의 액화 온도는 약 4.2 DA SE)에서 작동해야 합니다. 이는 초전도체 재료의 제조 및 운영 비용을 복잡하게 만들고 증가시킵니다.

수은 외에도 초전도성은 다른 순수 금속(화학 원소)과 다양한 합금 및 화합물에 내재되어 있습니다. 그러나 은이나 구리와 같은 대부분의 금속은 그 순간에 도달한 저온이 조건이 실패하면 초전도체가 된다.

초전도 현상을 사용할 가능성은 Tc의 초전도 상태로의 전이 온도 값과 자기장의 임계 강도에 의해 결정됩니다.

초전도체는 연질과 경질로 나뉜다. 연성 초전도체에는 니오븀, 바나듐, 텔루륨을 제외한 순수 금속이 포함됩니다. 연성 초전도체의 주요 단점은 임계 자기장 강도가 낮다는 것입니다.

전기 공학에서는 연성 초전도체가 낮은 전류 밀도에서 약한 자기장에서 초전도 상태가 이미 사라지기 때문에 사용되지 않습니다.

고체 초전도체는 왜곡된 결정 격자를 가진 합금을 포함합니다. 상대적으로 높은 전류 밀도와 강한 자기장에서도 초전도성을 유지합니다.

고체 초전도체의 성질은 금세기 중반에 발견되었으며, 그 연구 및 응용 문제는 현대 과학 기술의 가장 중요한 문제 중 하나입니다.

고체 초전도체에는 여러 가지 기능이 있습니다.

• 냉각시 초전도 상태로의 전이는 부드러운 초전도체에서와 같이 특정 온도 간격 동안 갑자기 발생하지 않습니다.

• 일부 고체 초전도체는 임계 전이 온도 Tc가 상대적으로 높을 뿐만 아니라 임계 자기 유도 Vkr도 상대적으로 높습니다.

• 자기 유도의 변화에서 초전도와 정상 사이의 중간 상태를 관찰할 수 있습니다.

• 교류를 통과할 때 에너지를 소산하는 경향이 있습니다.

• 기술적 생산 방법, 재료 순도 및 결정 구조의 완전성으로 인한 초전도성의 중독성 속성.

기술적 특성에 따라 고체 초전도체는 다음 유형으로 나뉩니다.

• 비교적 쉽게 변형 가능한 와이어 및 스트립[니오븀, 니오븀-티타늄 합금(Nb-Ti), 바나듐-갈륨(V-Ga)];

• 분말야금법(니오븀 stanide Nb3Sn과 같은 금속간 물질)으로 제품을 얻는 취약성으로 인해 변형하기 어렵습니다.

종종 구리 또는 기타 전도성이 높은 재료로 만든 "안정화" 외피로 덮인 초전도 전선 전기 및 금속의 열로 인해 우발적인 온도 상승으로 초전도체의 기본 재료가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다.

어떤 경우에는 복합 초전도 와이어가 사용되는데, 여기에는 다수의 얇은 초전도 물질 필라멘트가 구리 또는 기타 비전도성 물질의 단단한 외피로 둘러싸여 있습니다.

초전도 필름 재료는 다음과 같은 특별한 특성을 가지고 있습니다.

• 임계 전이 온도 Tcr은 경우에 따라 Tcr 벌크 재료를 상당히 초과합니다.

• 초전도체를 통과하는 제한 전류의 큰 값;

• 초전도 상태로의 전이 온도 범위가 더 작습니다.

초전도체는 다음을 생성할 때 사용됩니다. 전기 기계 및 고효율 계수를 가진 작은 질량 및 치수의 변압기; 장거리 전력 전송을 위한 대형 케이블 라인; 특히 낮은 감쇠 도파관; 전원 및 메모리 장치를 구동합니다. 전자 현미경의 자기 렌즈; 인쇄 배선이 있는 인덕턴스 코일.

필름 초전도체를 기반으로 수많은 저장 장치를 만들고 자동화 요소 그리고 컴퓨팅 기술.

초전도체의 전자기 코일을 사용하면 가능한 최대 자기장 강도 값을 얻을 수 있습니다.

저온탐침

일부 금속은 낮은(극저온) 온도에서 비 전기 저항 p의 매우 작은 값에 도달할 수 있는데, 이는 정상 온도에서의 전기 저항보다 수백, 수천 배 더 적습니다. 이러한 특성을 가진 물질을 극저온 전도체(초전도체)라고 합니다.

물리적으로 극저온 전도 현상은 초전도 현상과 유사하지 않습니다. 작동 온도에서 극저온 전도체의 전류 밀도는 정상 온도에서의 전류 밀도보다 수천 배 더 높기 때문에 신뢰성 및 폭발 안전에 대한 높은 요구 사항이 적용되는 고전류 전기 장치에서의 사용이 결정됩니다.

전기 기계, 케이블 등에 극저온 전도체 적용 초전도체에 비해 상당한 이점이 있습니다.

액체 헬륨이 초전도 장치에 사용되는 경우 높은 끓는점과 저렴한 냉매(액체 수소 또는 액체 질소)로 인해 극저온 전도체의 작동이 보장됩니다. 이는 장치 제조 및 작동 비용을 단순화하고 줄입니다. 그러나 액체 수소를 사용할 때 발생하는 기술적인 어려움을 고려할 필요가 있으며, 특정 비율의 구성 요소에서 공기와 폭발성 혼합물을 형성합니다.

cryoprocessors는 구리, 알루미늄,은, 금을 사용합니다.

소스 정보: "Electromaterials" Zhuravleva L. V.