超伝導体とは：タイプ、材料、特性
金属と絶縁体の2種類の材料があります。金属は電子の流れを可能にし、銀や銅などのように電荷を運びますが、絶縁体は電子を保持し、木材やゴムなどのように電子の流れを許しません。20世紀に、新しい実験方法が開発されました。物理学者は材料をゼロ温度まで冷却します。彼は、鉛や水銀などの条件で電気がどのように変化するかを知るためにいくつかの要素を調査し始めました。それらは抵抗なしで特定の温度の下で電気を伝導するからです。彼らは、セラミックからカーボンナノチューブのようないくつかの化合物で同じ挙動を発見しました。この記事では、超伝導体の概要について説明します。
超伝導体とは何ですか？
定義： 抵抗なく電気を通すことができる材料は超伝導体として知られています。ほとんどの場合、化合物などの一部の材料では、金属元素は室温である程度の抵抗を示しますが、臨界温度と呼ばれる温度で低い抵抗を示します。
原子から原子への電子の流れは、臨界温度に達すると特定の材料を使用して行われることが多いため、この材料は超伝導材料と呼ぶことができます。これらは、磁気共鳴画像法や医学などの多くの分野で採用されています。市場で入手可能な材料のほとんどは超伝導ではありません。したがって、超伝導に変わるには、それらは非常に低エネルギーの状態でなければなりません。現在の研究は、高温で超伝導に発展するための化合物の開発に焦点を合わせています。
超伝導体の種類
超伝導体は、タイプIとタイプIIの2つのタイプに分類されます。
タイプI超伝導体
この種の超伝導体には基本的な導電性部品が含まれており、これらは電気ケーブルからコンピューター上のマイクロチップまでさまざまな分野で利用されています。これらのタイプの超伝導体は、臨界磁場（Hc）の磁場に置かれると、非常に簡単に超伝導を失います。その後、指揮者のようになります。これらのタイプの半導体は、超伝導が失われることから、軟質超伝導体とも呼ばれます。これらの超伝導体は、マイスナー効果に完全に従います。 超伝導体の例 亜鉛とアルミニウムです。
第二種超伝導体
この種の超伝導体は、外部磁場内に配置されているだけではなく、ゆっくりと超伝導性を失います。磁化と磁場の間のグラフ表示を観察すると、2番目のタイプの半導体が磁場内に配置されると、超伝導がゆっくりと失われます。
この種の半導体は、それほど重要ではない磁場で超伝導を失い始め、より高い臨界磁場で超伝導を完全に低下させます。より小さな臨界磁場とより高い臨界磁場の間の状態は、中間状態と呼ばれ、そうでなければ渦状態と呼ばれます。
このタイプの半導体は、超伝導がゆっくりと失われるが単純ではないという理由から、ハード超伝導体とも呼ばれます。これらの半導体は、マイスナーの効果に従いますが、完全には従いません。これらの最良の例は、NbNとBabi3です。これらの超伝導体は、強磁場超伝導磁石に適用できます。
超電導材料
私たちは、それらのいくつかが超伝導する場所で利用可能な多くの材料があることを知っています。水銀を除いて、元の超伝導体は金属、半導体などです。すべての異なる材料は、少し多様な温度で超伝導体に変わります
これらの材料のほとんどを使用することによる主な問題は、それらが数度の完全なゼロで超伝導することです。これは、抵抗がないことから得られる利益を意味します。ほぼ確実に、主要な場所でそれらを冷却することを含めることから失うことになります。
下向きに超電導線で家に電気を供給する発電所は、きらきらと音を立てます。したがって、それは膨大な量の消耗したエネルギーを節約します。ただし、プラント内の巨大な部品とすべての送電線を完全にゼロに冷却したい場合は、おそらくより多くのエネルギーを浪費することになります。
超伝導体の特性
超電導材料は、現在の技術に不可欠ないくつかの驚くべき特性を示しています。これらの特性に関する研究は、以下にリストされているさまざまな分野でこれらの特性を認識し、利用するためにまだ進行中です。
- 無限の導電率/ゼロの電気抵抗
- マイスナー効果
- 転移温度/臨界温度
- Josephson Currents
- クリティカルカレント
- 永続的な流れ
無限導電率/ゼロ電気抵抗
超電導状態では、超電導材料はゼロの電気抵抗を示します。材料がその転移温度の下で冷却されると、その抵抗は突然ゼロに減少します。たとえば、Mercuryは4k未満でゼロ抵抗を示します。
マイスナー効果
超伝導体が臨界温度以下で冷却されると、磁場が通過できなくなります。超伝導体でのこの発生は、マイスナー効果として知られています。
転移温度
この温度は臨界温度とも呼ばれます。超電導材料の臨界温度が導電状態を通常から超電導に変化させているとき。
ジョセフソン電流
2つの超伝導体が絶縁材料の薄膜の助けを借りて分割されると、それは低抵抗の接合を形成して、銅対を持つ電子を見つけます。ジャンクションの一方のサーフェスからもう一方のサーフェスにトンネリングできます。したがって、クーパー対の流れによる電流は、ジョセフソン電流として知られています。
クリティカルカレント
超電導状態で導体に電流を流すと、磁場が発生します。電流が特定の速度を超えて増加すると、磁場を増強することができます。これは、これが通常の状態に戻る導体の臨界値に相当します。電流値の流れは臨界電流として知られています。
永続的な流れ
超電導リングが臨界温度を超える磁場に配置されている場合、現時点では超電導リングを臨界温度以下に冷却します。このフィールドを排除すると、自己インダクタンスのために電流の流れがリング内に誘導される可能性があります。レンツの法則から、誘導電流はリングを流れる磁束内の変化に対抗します。リングが超電導状態になると、電流の流れが誘導され、電流の流れが継続します。これを持続電流と呼びます。この電流は磁束を生成し、磁束を一定のリング全体に流します。
半導体と超伝導体の違い
半導体と超伝導体の違いについては、以下で説明します。
| 半導体 | 超伝導体 |
| この場合、電子の反発は有限の抵抗率につながります。 | この場合、電子の引力は抵抗率の低下につながります |
スーパーコンダクターのアプリケーション
超伝導体の用途には次のものがあります。
- これらは、発電機、粒子加速器、輸送、電気モーター、コンピューティング、医療、送電などで使用されます。
- 主にMRIスキャナーで強力な電磁石を作成するために使用される超伝導体。したがって、これらは分割に使用されます。また、磁性材料と非磁性材料を分離するためにも使用できます
- この導体は、長距離の電力を伝送するために使用されます
- メモリまたはストレージ要素で使用されます。
よくある質問
1）。なぜ超伝導体は冷たくなければならないのですか？
エネルギー交換により、素材がより熱くなります。したがって、半導体を低温にすることで、電子をほぼノックするために必要なエネルギー量が少なくなります。
2）。金は超伝導体ですか？
室温で最高の導体は金、銅、銀は超伝導にはなりません。
3）。室温超伝導体は可能ですか？
室温の超伝導体は、華氏77度前後の温度で超伝導を示すことができます
4）。超伝導体に抵抗がないのはなぜですか？
超伝導体では、原子の振動と欠陥のために電気抵抗が予期せずゼロに低下し、電子が材料を通過する間に材料内に抵抗が発生する必要があります
5）。なぜ超伝導体は完璧な反磁性体なのですか？
超電導材料が磁場内に保持されると、それはその本体から磁束を押し出します。臨界温度で冷却すると、理想的な反磁性を示します。
したがって、これはすべて超伝導体の概要に関するものです。超伝導体は電気を伝導することができ、そうでなければ抵抗なしにある原子から別の原子に電子を移動させることができます。ここにあなたへの質問があります、超伝導体の例は何ですか？
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