Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Nadprzewodnictwo AGH, WGiG, ZiIP Katarzyna Sobczyk Karolina Więcek.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Nadprzewodnictwo AGH, WGiG, ZiIP Katarzyna Sobczyk Karolina Więcek."— Zapis prezentacji:

1 Nadprzewodnictwo AGH, WGiG, ZiIP Katarzyna Sobczyk Karolina Więcek

2 Spis treści 1.Historia 2.Definicja 3.Rodzaje nadprzewodników 4.Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe 5.Własności - zanik oporu elektrycznego - spadek podatności magnetycznej - wystąpienie absorpcji mikrofalowej 6. Zjawiska - kwantowanie strumienia magnetycznego - zjawisko Josephsona 7. Zastosowania

3 Historia Za odkrywcę zjawiska nadprzewodnictwa uznaje się Heike Kamerlingh-Onnesa, który w swoim centrum badań kriogenicznych w Lejdzie w 1911r. zaobserwował zanik oporu elektrycznego rtęci. Za wykonanie pierwszego magnesu nadprzewodnikowego w 1913r. Otrzymał Nagrodę Nobla.

4 Definicja Nadprzewodnictwo – jest to stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze. Drugim charakterystycznym dla nadprzewodników efektem jest wypychanie z materiału pola magnetycznego, zwane efektem Meissnera (w nadprzewodnikach pierwszego rodzaju), lub skupianie pola magnetycznego w „wiry” (w nadprzewodnikach drugiego rodzaju).

5 Nadprzewodniki Rezystancję możemy podzielić na oporność idealną oraz resztkową. Źródłem pierwszej z nich jest rozpraszanie elektronów na drganiach termicznych sieci krystalicznej, natomiast drugiej – rozpraszanie elektronów na niedoskonałościach, które zaburzają periodyczność sieci.

6 Rodzaje nadprzewodników Nadprzewodniki I rodzaju, w których przy określonym krytycznym polu magnetycznym BC dochodzi do zniszczenia stanu nadprzewodzącego,

7 Nadprzewodniki II rodzaju charakteryzują się dwoma polami krytycznymi. W polu magnetycznym niższym od pierwszego pola krytycznego, strumień pola magnetycznego nie wnika do próbki – mamy do czynienia z pełnym zjawiskiem Meissnera, podobnie jak w przypadku nadprzewodników I typu. Gdy pole magnetyczne przekroczy wartość pierwszego pola krytycznego, w próbce pojawia się tzw. Stan mieszany, będący współistnieniem obszarów nadprzewodzących i normalnych. Pole magnetyczne wnika częściowo do próbki. Stan mieszany zanika, gdy pole magnetyczne przekroczy wartość drugiego pola krytycznego. Wówczas cała próbka znajduje się w stanie normalnym. Rodzaje nadprzewodników

8 Nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe

9 Materiały nadprzewodzące Ciągle poszukuje się substancji o jak najniższej rezystywności. Obecnie substancjami o najniższej rezystywności w temperaturze pokojowej są srebro i miedź.

10 Materiały nadprzewodzące

11 Własności Zanik oporu elektrycznego Zanik oporności opisuje pierwsze równanie Londonów, wiążące prędkość narastania gęstości prądu z natężeniem pola elektrycznego. Wzrost natężenia prądu jest w tym modelu nieograniczony i proporcjonalny do natężenia pola elektrycznego, co jest równoznaczne z brakiem jakiegokolwiek mechanizmu rozpraszania nośników prądu. Zerowy opór, tzn. nieskończone przewodnictwo, obserwuje się w nadprzewodniku we wszystkich temperaturach niższych od temperatury krytycznej Tc

12 Własności Pole krytyczne Już Kamerling-Onnes po odkryciu nadprzewodnictwa stwierdził, że zewnętrzne pole magnetyczne obniża gęstość prądu nadprzewodzącego, a powyżej pewnej wartości zewnętrznego pola magnetycznego, zwanej polem krytycznym, nadprzewodnictwo zanika. W temperaturze niewiele niższej od temperatury krytycznej pole krytyczne jest małe (wystarczy bardzo małe pole magnetyczne, by zniszczyć nadprzewodnictwo). Rośnie ono wraz z obniżeniem temperatury. Zależność pola krytycznego od temperatury określa wyrażenie:

13 Własności Spadek podatności magnetycznej Efekt Meissnera jest podstawą do określenia czy dany przewodnik o zerowym oporze elektrycznym jest nadprzewodnikiem. Zewnętrzne pole magnetyczne o natężeniu mniejszym od granicznego nie wnika do nadprzewodnika, z wyjątkiem cienkiej warstwy przypowierzchniowej nadprzewodnika (grubość tej warstwy nazywa się głębokością wnikania Londonów).

14 Własności Gdy wartość zewnętrznego pola magnetycznego przekroczy natężenie graniczne, wówczas zjawisko nadprzewodnictwa zanika i pole to zaczyna wnikać do wnętrza materiału. Jeżeli natężenie pola ponownie będzie się zmniejszać, to znów może być osiągnięty stan nadprzewodnictwa a pole magnetyczne zostanie wypchnięte z wnętrza próbki. Namagnesowany przedmiot lewituje nad nadprzewodnikiem schłodzonym poniżej temperatury przejścia.

15 Własności

16 Wystąpienie absorpcji mikrofalowej Mechanizm pochłaniania mikrofal przez materiał nadprzewodzący jest dosyć złożony. Jedną z przyczyn tego zjawiska są straty, jakie powstają podczas tunelowania nośników prądu pomiędzy nadprzewodzącymi ziarnami, z których składają się próbki ceramiczne lub rozpraszanie nośników na innych defektach i niejednorodnościach. Oczywiście, zjawisko absorpcji mikrofalowej nie zachodzi, jeśli próbka znajduje się w stanie normalnym, a więc nienadprzewodzącym.

17 Zjawiska Kwantowanie strumienia magnetycznego Nadprzewodniki dają nam fascynujące możliwości obserwacji w skali makroskopowej zjawisk będących konsekwencją własności mikroskopowych. Do takich zjawisk należy kwantowanie strumienia magnetycznego. Strumień pola magnetycznego, zamrożony wewnątrz nadprzewodzącego torusa jest skwantowany. W dużym przybliżeniu możemy więc powiedzieć, że nadprzewodzący torus zachowuje się jak atom wodoru. Prąd stacjonarny płynie bez zmiany energii torusa, a zmianie prądu musi towarzyszyć zmiana strumienia, który ze swej natury jest skwantowany.

18 Zjawiska Zjawisko Josephsona Efekt ten polega na tunelowaniu elektronów między dwoma nadprzewodnikami na granicy nadprzewodnik-izolator-nadprzewodnik (tzw. złącze Josephsona). Nadprzewodniki rozdzielone są cienką warstwą wykonaną z dielektryka (izolatora) o grubości nanometrów. Stałoprądowe zjawisko Josephsona: stały prąd płynie bez przyłożonego napięcia, natomiast przy przyłożonym napięciu płynie zmienny prąd. Natężenie prądu płynącego przez złącze jest opisywane przez pierwsze prawo Josephsona:

19 Zastosowania Przewody nadprzewodzące Nadprzewodniki ze względu na swoją zerową oporność największe nadzieje budzą w branży energetycznej. Parametrami stanowiącymi o przydatności danego nadprzewodnika do celów technicznych są temperatura, pola i prądy krytyczne.

20 Zastosowania Nadprzewodzące linie przesyłowe W tzw. kriokablach stosowane są dwa rozwiązania: - normalny kabel schładzany do niskiej temperatury - kabel nadprzewodzący

21 Zastosowania Nadprzewodzące elektromagnesy Nadprzewodniki dały możliwość łatwego wytworzenia bardzo silnych pól magnetycznych. Dzięki nim buduje się gigantyczne magnesy wytwarzające pole rzędu 10^6 A/m w objętości rzędu m³. Nadprzewodzący elektromagnes stanowi cewka wykonana z N zwojów drutu nadprzewodzącego zanurzona w cieczy kriogenicznej, przez którą płynie prąd o natężeniu I. Powyższa technologia znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach: - Medycynie (rezonans magnetyczny) - Chemii (spektroskopia) - Fizyce jądrowej (elektromagnesy w przyspieszaczach cząstek elementarnych)

22 Zastosowania Kolej magnetyczna Dzięki polu magnetycznemu kolej ta nie ma kontaktu z powierzchnią toru, gdyż praktycznie cały czas unosi się nad nim (przy małych prędkościach niezbędne są koła, gdyż indukuje się wówczas zbyt mała siła, niewystarczająca do utrzymania pociągu w torze). Pojazdy mogą przez to rozwijać duże prędkości. Dzięki zastosowaniu magnesów eliminowane jest tarcie kół, które w tradycyjnych pociągach znacznie ogranicza maksymalną prędkość jazdy.

23 Film

24 Dziękuję!


Pobierz ppt "Nadprzewodnictwo AGH, WGiG, ZiIP Katarzyna Sobczyk Karolina Więcek."

Podobne prezentacje


Reklamy Google