Superprevodnik je element ili metalna legura koja, kad se ohladi ispod određene granične temperature, materijal dramatično gubi sav električni otpor. U principu, superprovodnici mogu dopustiti električna struja teći bez ikakvog gubitka energije (iako je u praksi idealan superprovodnik vrlo teško proizvesti). Ova vrsta struje naziva se superstruja.
Pražna temperatura ispod koje materijal prelazi u stanje supravodičnog vodiča označena je kao Tc, što predstavlja kritičnu temperaturu. Ne pretvaraju se svi materijali u superprovodnike, a materijali koji imaju svaki imaju svoju vrijednost Tc.
Vrste supravodiča
- Superprevodnici tipa I djeluju kao provodnici na sobnoj temperaturi, ali kad se ohlade ispod Tc, molekularno se kretanje unutar materijala smanjuje dovoljno da se protok struje može nesmetano kretati.
- Superprevodnici tipa 2 nisu osobito dobri vodiči na sobnoj temperaturi, prijelaz u stanje superprovodnika je postupniji od tipa superprovodnika tipa 1. Mehanizam i fizička osnova ove promjene stanja trenutno se ne razumiju u potpunosti. Superprevodnici tipa 2 su obično metalni spojevi i legure.
Otkriće supravodiča
Superprevodljivost je prvi put otkrivena 1911. godine kada se živa ohladila na približno 4 stupnja Kelvina od strane nizozemskog fizičara Heike Kamerlingh Onnes, što mu je donijelo Nobelovu nagradu za fiziku 1913. godine. Tijekom godina, ovo se polje uvelike proširilo i otkriveni su mnogi drugi oblici supravodiča, uključujući superprevodnike tipa 2 u 1930-ima.
Osnovna teorija superprovodljivosti, BCS teorija, zaslužili su znanstvenici - John Bardeen, Leon Cooper i John Schrieffer - Nobelovu nagradu za fiziku iz 1972. godine. Dio Nobelove nagrade za fiziku iz 1973. godine pripao je Brianu Josephsonu, također za rad s superprovodnošću.
U siječnju 1986. Karl Muller i Johannes Bednorz napravili su otkriće koje je izvršilo revoluciju u načinu na koji znanstvenici misle o superprevodnicima. Prije ove točke, razumijevanje je bilo da se superprovodnost očituje samo kad se ohladi na blizu apsolutna nula, ali koristeći oksid barijeva, lantana i bakra, otkrili su da on postaje superprovodnik na oko 40 stupnjeva Kelvina. To je pokrenulo utrku za otkrivanjem materijala koji su djelovali kao superprovodnici na mnogo višim temperaturama.
U proteklim desetljećima, najviša temperatura koja je dostignuta bila je oko 133 stupnja Kelvina (iako biste mogli povisiti 164 stupnja Kelvina ako primijenite visoki tlak). U kolovozu 2015., članak objavljen u časopisu Nature izvijestio je o otkriću superprovodljivosti na temperaturi od 203 stupnja Kelvina kada je pod visokim tlakom.
Primjene superprevodnika
Superprovodnici se koriste u raznim primjenama, ali ponajviše unutar strukture Velikog hadronskog sudarača. Tuneli u kojima se nalaze snopovi nabijenih čestica okruženi su cijevima s moćnim superprevodnicima. Superstruji koji prolaze kroz supravodiče stvaraju intenzivno magnetsko polje, kroz elektromagnetska indukcija, koji se mogu koristiti za ubrzanje i usmjeravanje tima po želji.
Osim toga, supravodiči su izloženi Meissnerov efekt u kojem poništavaju sav magnetski tok unutar materijala, postajući savršeno dijamagnetski (otkriven 1933.). U ovom slučaju, linije magnetskog polja zapravo putuju oko hlađenog supravodiča. To se svojstvo supravodiča često koristi u eksperimentima s magnetskom levitacijom, poput kvantnog zaključavanja koji se vidi u kvantnoj levitaciji. Drugim riječima, ako Povratak u budućnost Hoverboards u stilu ikada postaju stvarnost. U manje svjetovnoj primjeni, superprovodnici igraju ulogu u modernom napretku u vlakovi magnetske levitacije, koji pružaju veliku mogućnost za brzi javni prijevoz temeljen na električnoj energiji (što može biti) stvorena korištenjem obnovljive energije) za razliku od opcija neobnovljive struje poput aviona, automobila i na ugljen vlakovi.
Uredio Anne Marie Helmenstine, dr. Sc.