Supraconductibilitatea

Supraconductibilitatea

In cazul racirii la temperaturi extrem de scazute, temperaturi apropiate de zero absolut (aproximativ -273^oC), rezistenta conductorilor electrici scade la zero. Trebuie inteles faptul ca supraconductibilitatea nu este o extensie a tendintei conductorilor de pierdere a rezistentei cu descresterea temperaturii, ci reprezinta o modificare cuantica brusca a rezistivitatii de la o valoare finita la zero. Un material supraconductor prezinta o rezistenta electrica de exact 0 Ω, nu doar o valoare foarte mica.

Scurt istoric

Acest fenomen a fost descoperit in 1911 de catre H. Kamerlingh Onnes. Cu doar trei ani inainte, Onnes a dezvoltat o metoda de lichefiere a heliului, ce a permis existenta unui mediu pentru supra-racirea experimentala a diferitelor obiecte cu doar cateva grade peste nivelul de zero absolut. Investigand variatia rezistentei electrice a mercurului atunci cand este incalzit la aceasta temperatura joasa, Onnes a descoperit ca rezistenta acestuia scade la zero aproximativ sub de punctul de fierbere al heliului.

Explicatia supraconductibilitatii

Nu este inca inteles exact motivul pentru care materialele supraconductoare se comporta in acest fel. Una dintre teorii sustine ca electronii se deplaseaza in grupuri (grupuri Cooper) prin conductor si nu individual cum este cazul deplasarii normale ale electronilor; acest lucru ar avea o legatura directa cu deplasarea lor fara frecare. Este interesant de mentionat faptul ca si in cazul fluidelor exista un fenomen similar, denumit suprafluiditate, rezultand intr-o curgere fara frecare a moleculelor, in special in cazul heliului lichid.

Utilitatea supraconductorilor

Supraconductibilitatea promite un comportament iesit din comun al circuitelor electrice. Daca rezistenta conductorilor ar putea fi eliminata complet, nu ar mai exista pierderi de putere sau ineficiente in sistemele de putere datorate rezistentelor parazite. Eficienta motoarelor electrice ar putea creste spre 100%. Componente precum condensatorul sau bobina, ale caror caracteristici sunt "stricate" de rezistenta inerenta a conductorilor din care sunt construite, ar putea fi considerate ideale in adevaratul sens al cuvantului. Desi exista astfel de aplicatii, utilitatea lor practica este destul de scazuta datorita problemelor intampinate cu mentinerea temperaturilor extrem de scazute.

Temperatura de tranzitie

Pragul de temperatura la care materialul trece din faza de conductibilitate normala la supraconductibilitate, poarta numele de temperatura de tranzitie, sau temperatura critica. Pentru supraconductorii "clasici", temperatura de tranzitie se situeaza in jurul valorii de zero absolut. Ideal, un supraconductor ar trebui sa functioneze la temperatura camerei, sau cel putin la o temperatura suficient de "ridicata" incat sa poata fi mentinuta cu echipamente de racire relativ ieftine.

Temperaturile critice pentru cateva substante uzuale sunt prezentate in tabelul alaturat.

Efectul Meissner

Materialele supraconductoare interactioneaza intr-un mod interesant cu campurile magnetice. Atunci cand se afla in stare de supraconductie, materialele supraconductoare tind sa excluda toate campurile magnetice, fenomen cunoscut sub numele de efect Meissner. Totusi, in cazul in care intensitatea campului magnetic depaseste o anumita valoare critica, materialul isi va pierde proprietatile supraconductoare, indiferent de temperatura. De fapt, prezenta oricarui camp magnetic in preajma acestora, tinde sa scada temperatura critica a materialului.

Acest lucru este inca un inconvenient din punct de vedere practic, din moment ce curentul electric prin orice conductor produce un camp magnetic. Cu toate ca un fir supraconductor nu poseda rezistenta electrica la trecerea curentul, exista o limita a valorii curentului prin acesta datorita limitei campului magnetic generat.

Bucla supraconductoare

Lipsa rezistentei electrice intr-un circuit supraconductor conduce la efecte unice. Intr-un astfel de circuit, mentinerea curentilor mari este posibila fara aplicarea niciunei tensiuni externe.

S-a demonstrat pe cale experimentala faptul ca inele din materiale supraconductoare pot sustine curenti prin ei ani la rand, fara aplicarea unei tensiuni. Practic, nu exista o limita teoretica a perioadei de timp pentru care acesti curenti pot fi sustinuti intr-un circuit supraconductor. Acest efect pare a fi o forma de miscare perpetua. De fapt, nu exista nicio lege a fizicii care sa nu permita existenta acestui tip de miscare, ci doar o lege a fizicii care spune ca un sistem nu poate genera mai multa energie decat consuma. In cel mai bun caz, o "masina de miscare perpetua" poate doar sa stocheze energie, nu sa o si genereze.