Supravodič je prvek nebo kovová slitina, která při ochlazení pod určitou prahovou teplotu materiál dramaticky ztratí veškerý elektrický odpor. Supravodiče v zásadě umožňují elektrický proud proudit bez ztráty energie (i když v praxi je ideální supravodič velmi těžko vyrobitelný). Tento typ proudu se nazývá superproud.
Prahová teplota, pod kterou materiál přechází do supravodivého stavu, se označuje jako TC, což je kritická teplota. Ne všechny materiály se proměňují v supravodiče a materiály, z nichž každý má svou vlastní hodnotu TC.
Druhy supravodičů
- Supravodiče typu I působí jako vodiče při pokojové teplotě, ale při ochlazení pod TC, molekulární pohyb v materiálu dostatečně redukuje, aby se tok proudu mohl pohybovat bez omezení.
- Supravodiče typu 2 nejsou zvláště dobré vodiče při pokojové teplotě, přechod do stavu supravodiče je postupnější než supravodiče typu 1. Mechanismus a fyzický základ této změny stavu nejsou v současné době plně známy. Supravodiče typu 2 jsou obvykle kovové sloučeniny a slitiny.
Objev supravodiče
Supravodivost byla poprvé objevena v roce 1911, kdy byla rtuť ochlazena na přibližně 4 stupně Kelvina nizozemským fyzikem Heike Kamerlingh Onnes, který mu vynesl Nobelovu cenu za fyziku v roce 1913. Od té doby se toto pole výrazně rozšířilo a objevilo se mnoho dalších forem supravodičů, včetně supravodičů typu 2 ve 30. letech.
Základní teorie supravodivosti, BCS Theory, získala vědce - John Bardeen, Leon Cooper a John Schrieffer - Nobelovu cenu za fyziku v roce 1972. Část Nobelovy ceny za fyziku z roku 1973 odešel Brian Josephson, také za práci se supravodivostí.
V lednu 1986 Karl Muller a Johannes Bednorz objevili objev, který revolucionizoval myšlenky vědců na supravodiče. Před tímto bodem bylo chápáno, že supravodivost se projevuje pouze při ochlazení na blízko absolutní nula, ale pomocí oxidu barya, lanthanu a mědi zjistili, že se stal supravodičem při přibližně 40 stupních Kelvina. Toto zahájilo závod na objevování materiálů, které fungovaly jako supravodiče při mnohem vyšších teplotách.
Za desetiletí od té doby byly nejvyšší teploty, kterých bylo dosaženo, asi 133 stupňů Kelvina (i když při vysokém tlaku byste mohli dosáhnout až 164 stupňů Kelvina). V srpnu 2015 dokument zveřejněný v časopise Nature ohlásil objev supravodivosti při teplotě 203 stupňů Kelvina, když byl pod vysokým tlakem.
Aplikace supravodičů
Supravodiče se používají v různých aplikacích, ale zejména ve struktuře Large Hadron Collider. Tunely, které obsahují paprsky nabitých částic, jsou obklopeny trubicemi obsahujícími výkonné supravodiče. Nadproud, který protéká supravodiči, vytváří intenzivní magnetické pole elektromagnetická indukce, které lze použít k urychlení a nasměrování týmu podle potřeby.
Supravodiče navíc vykazují Meissnerův efekt ve kterém zruší veškerý magnetický tok uvnitř materiálu a stane se dokonale diamagnetickým (objeveným v roce 1933). V tomto případě se čáry magnetického pole skutečně pohybují kolem chlazeného supravodiče. Právě tato vlastnost supravodičů se často používá v experimentech s magnetickou levitací, jako je kvantové uzamčení pozorované v kvantové levitaci. Jinými slovy, pokud Zpět do budoucnosti styl hoverboards někdy stal realitou. V méně světské aplikaci hrají supravodiče roli v moderních pokrokech v magnetické levitační vlaky, které poskytují silnou možnost vysokorychlostní veřejné dopravy založené na elektřině (což může být) vyráběné pomocí obnovitelné energie) na rozdíl od neobnovitelných současných možností, jako jsou letadla, automobily a uhlí vlaky.
Editoval Anne Marie Helmenstine, Ph. D.