超電導
導体は、超低温（絶対零度に近い、摂氏約-273°）に冷却されると、すべての電気抵抗を失います。超電導は、温度の低下とともに徐々に抵抗を失うほとんどの導体の傾向の単なる外挿ではないことを理解する必要があります。むしろ、それは有限から無への抵抗率の突然の量子跳躍です。 超電導材料は、少量だけでなく、電気抵抗がまったくありません。 。
超伝導は、1911年にオランダのライデン大学でH. Kamerlingh Onnesによって最初に発見されました。ちょうど3年前の1908年に、Onnesはヘリウムガスを液化する方法を開発しました。絶対零度より数度上。この低温に冷却されたときの水銀の電気抵抗の変化を調査することを決定した彼は、その抵抗が何もないに低下したことを発見しました。 ヘリウムの沸点のすぐ下。
超電導材料が超電導する方法と理由については、いくつかの議論があります。ある理論では、電子はグループ化されてペアで移動します（ クーパー対と呼ばれます）。 ）独立して移動するのではなく、超伝導体内で、それは摩擦のない流れと関係があります。興味深いことに、超低温のもう1つの現象、超流動 、特定の液体（特に液体ヘリウム）で発生し、分子の摩擦のない流れをもたらします。
超電導は、電気回路に並外れた能力を約束します。導体抵抗を完全になくすことができれば、漂遊抵抗による電力損失や電力システムの非効率性はなくなります。電気モーターはほぼ完全に（100％）効率的にすることができます。コンデンサやインダクタなどのコンポーネントは、通常、固有のワイヤ抵抗によって理想的な特性が損なわれますが、実用的な意味で理想的なものにすることができます。すでにいくつかの実用的な超電導導体、モーター、コンデンサーが開発されていますが、超低温の維持に固有の実際的な問題のため、現時点ではそれらの使用は制限されています。
超伝導体が通常の伝導から超伝導に切り替わるしきい値温度は、転移温度と呼ばれます。 。 「古典的な」超伝導体の転移温度は極低温範囲（絶対零度に近い）ですが、より暖かい温度で超伝導する「高温」超伝導体の開発において多くの進歩が見られました。 1つのタイプは、イットリウム、バリウム、銅、および酸素のセラミック混合物で、比較的穏やかな摂氏-160°で遷移します。理想的には、超伝導体は周囲温度の範囲内、または少なくとも安価な冷凍装置の範囲内で動作できる必要があります。
この表には、いくつかの一般的な物質の臨界温度が示されています。温度は、摂氏度と同じ増分スパンを持つケルビンで示され（1ケルビンの増減は、摂氏1度と同じ温度変化量です）、0Kが絶対零度になるようにオフセットされるだけです。このようにして、多くのマイナスの数字に対処する必要はありません。
超伝導材料はまた、興味深い方法で磁場と相互作用します。超伝導状態にある間、超伝導材料はすべての磁場を排除する傾向があります。これは、マイスナー効果として知られる現象です。 。ただし、磁場の強さが臨界レベルを超えて強まると、超電導材料は非超電導になります。言い換えれば、超電導材料は、強すぎる磁場にさらされると、（どんなに冷たくしても）超電導性を失います。実際、 any の存在 磁場は、超伝導材料の臨界温度を下げる傾向があります。存在する磁場が多いほど、超伝導になる前に材料を低温にする必要があります。
これは、回路設計における超伝導体のもう1つの実際的な制限です。これは、任意の導体を流れる電流が磁場を生成するためです。超電導線は電流に対抗する抵抗がゼロですが、それでも制限があります。 その臨界磁場限界のために、実際にそのワイヤを流れることができる電流の量。
特に最近（1987年）液体ヘリウムとは対照的に液体窒素のみを冷却する必要があるイットリウム-バリウム-銅-酸素セラミックの出現以来、超伝導体のいくつかの産業用途がすでにあります。高校の研究室で操作できる超電導キットを教育業者に注文することも可能です（液体窒素は含まれていません）。通常、これらのキットはマイスナー効果によって超伝導を示し、液体窒素浴で冷却された超伝導ディスク上に小さな磁石を空中に吊るします。
超電導回路によって提供されるゼロ抵抗は、独特の結果につながります。超電導短絡では、ゼロ印加電圧で無期限に大電流を維持することが可能です！
超電導材料のリングは、電圧を印加せずに何年も連続電流を維持することが実験的に証明されています。誰もが知っている限り、超電導回路で補助電流を持続できる時間に理論的な時間制限はありません。これが永久運動の一形態であると思われる場合 、あなたは正しいです！一般に信じられていることに反して、永久運動を禁止する物理法則はありません。むしろ、禁止は、消費するよりも多くのエネルギーを生成するマシンまたはシステム（オーバーユニティと呼ばれるもの）に反対します。 端末）。せいぜい、（超電導リングのような）永久機関はすべて、保管するのに適しています。 生成ではなくエネルギー 自由に！
超伝導体はまた、オームの法則とは何の関係もないいくつかの奇妙な可能性を提供します。そのような可能性の1つは、 ジョセフソンジャンクションと呼ばれるデバイスの構築です。 、ある種のリレーとして機能し、ある電流を別の電流で制御します（もちろん可動部品はありません）。ジョセフソン接合の小型で高速なスイッチング時間は、半導体トランジスタを使用する代わりに、新しいコンピュータ回路設計につながる可能性があります。
レビュー：
- 超伝導体は、電気抵抗がまったくない材料です。
- 現在知られているすべての超伝導材料は、超伝導のために周囲温度よりはるかに低く冷却する必要があります。それらがそうする最高温度は転移温度と呼ばれます 。
関連するワークシート：
- 電圧、電流、抵抗のワークシート
- 導体の比抵抗ワークシート
産業技術