Сверхпроводники и криопроводники

Сверхпроводимость – явление резкого уменьшения сопротивления материала (практически до нуля) при понижении температуры.

Рис 28.1. Температурные зависимости сопротивления проводников, сверхпроводников и криопроводников

Вещества, обладающие свойством сверхпроводимости, называются сверхпроводниками (СВП) (рис.28.1).

Применение СВП позволяет:

§ уменьшить потери при передаче электрической энергии;

§ увеличить кпд электрических машин и аппаратов до 90% и более;

§ использовать эффект сверхпроводникового подвеса (левитации) в подшипниках без трения, в скоростных электропоездах и для других целей.

Сверхпроводниковое состояние веществ существует при температурах менее критической (Т < Т _кр), напряженности магнитного поля менее критической напряженности (Н < Н _кр) и плотности тока, индуцирующего магнитное поле, менее критического значения (j < j _кр) (рис. 28.2).

Рис. 15.2. Диаграммы состояния сверхпроводников:

С_в– сверхпроводниковое состояние, С_м– смешанное состояние,

П – проводниковое состояние

Низкотемпературные сверхпроводники (Т_кр < 24 К)

Различают три группы низкотемпературных сверхпроводников:

§ Сверхпроводники I-го рода – резко переходят в сверхпроводниковое состояние при Т < Т _кри Н < Н _кр, к этой группе относятся все чистые металлы, исключая переходные металлов (Fe, Ni, Co и др.), Au, Ag, Pt и Cu.

Например:

- W (Т _кр= 0,01К, Н _кр= 0,1кА/м),

- Аl (Т _кр= 1,2К),

- Pb (Т _кр= 7,2К, Н _кр= 65 кА/м).

§ Сверхпроводники II-го рода – переходят в сверхпроводниковое состояние относительно плавно. При Н < Н _кр2 и Т < Т _кр– переходят в смешанное состояние, для которого одновременно имеют место обычная проводимость и сверхпроводимость, при Н < Н _кр переходят в СВП.

К этой группе относятся:

- чистые металлы:

– Nb (Т _кр= 9,22К, Н _кр= 155 кА/м),

- V (Т _кр= 5,43К, Н _кр= 109 кА/м);

- сплавы - химические соединения, например, NbGe (Т _кр= 23,2К);

- тонкие пленки из СВП I-го рода.

СВП I-го и –II- го рода способны проводить относительно малые токи.

§ Сверхпроводники III-го рода – переходят в CВП при высоких значениях Н _кр, способны пропускать значительные токи.

К этой группе относятся:

- сплавы и химические соединения на основе Nb и V с дефектами кристаллической решетки: Nb–Ti (Т _кр= 10К, Н _кр2 = 8 МА/м, j _кр = 0,5 ГА/м²), V- Ga (Т _кр= 14,2К, Н _кр2 = 18 МА/м, j _кр > 1,6 ГА/м²);

- сверхтонкие пленки из СВП I-го рода: Al (Т _кр= 5,8К при h = 50 нм), Bi (Т _кр= 8К при h = 300 нм).

Высокотемпературные сверхпроводники (Т_кр > Т_кип N ₂ = 77 К)

К этой группе относится сверхпроводящая керамика: YBa₂Cu₃O₇ (Т _кр= 100К), Tl₂Сa₂ Ba₂Сu₃O₁₀ (Т _кр= 127К), Hg-Ba-Сa-Сu–O(Т _кр= 135К) и другие.

Криопроводники

Криопроводники – материалы, имеющие высокую проводимость при

Т < 100K, но не переходящие в сверхпроводниковое состояние. Достоинством материалов является плавное увеличение сопротивления при увеличении температуры. В то время как у СВП сопротивление увеличивается резко, что может привести к аварии на энергетическом оборудовании за счет резкого выделения тепла.

К этой группе относятся Al и Сu особой чистоты и Ве технической чистоты (рис. 15. 1).

Дата добавления: 2017-01-13