ما هو موصل جيد للكهرباء؟
أ موصل جيد للكهرباء هو الجوهر الذي تقوم تيار كهربائي الصفر في المقاومة. Superconduction هي مرحلة الدولة (مثل الدول الساءله والصلبه من المياه) ؛ على هذا النحو ، فانه يعتمد على درجة الحراره بين متغيرات اخرى. درجة الحراره حيث يتم الانتقال هو درجات الحراره الحرجه (ح). في عام 1911 ، H. kammerlingh onnes اكتشفت قدرة التوصيل العمل اكثر من الزئبق.
موصلات جيدة للكهرباء تصنف على انها من النوع الاول او النوع الثاني ، بالاعتماد على انتقال السلوك. في النوع الاول ، يقع على عاتق المقاومة الصفر فجاه عندما يتحقق التعاون التقني ؛ النوع الثاني موصلات جيدة للكهرباء عقد مختلطه مجال موصل جيد للكهرباء والسلوك غير موصل جيد للكهرباء.
بعض خصائص موصلات جيدة للكهرباء :
- المعادن التي تدعم قدرة التوصيل حاسمة درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق (النوع الاول).
- ويمكن تحقيق بعض السيراميك موصل جيد للكهرباء الدولة في ارتفاع درجات الحراره (النوع الثاني).
- موصل جيد للكهرباء الاخيرة المسجله لديها ح = 150 ك.
- ح موصلات جيدة للكهرباء عاليه لا يمكن ان يستمر مع اقل تكلفة التبريد مثل النظم القائمة على النيتروجين السائل (اليابانيه maglev تدريب تستخدم هذا النظام).
- جميع موصلات جيدة للكهرباء وجدت حتى الآن هي الصلبه.
توصيل الكهرباء من الطاقة يعني خسائر بسبب المقاومة من اجراء الماديه. الطاقة هو الافراج عن الحراره. الرئيسية هي نتائج غير مرغوب فيها على الحاجة الى ابقاء توفير الطاقة للحفاظ على الحالية وامكانيه اجراء عمليات حرق وسائل الاعلام. حاليا في صورة طبيعية معدنيه الطوق سوف الاضمحلال بسرعة اذا كان هو superconducting الدائري ، تظهر حركة دائمة (اضمحلال مستمر من أكثر من بليون سنة!). انظر "ما هو الشكل الدائري ، تستخدم لموصل جيد للكهرباء؟" للمزيد من التفاصيل.
البحث في مجال موصلات جيدة للكهرباء هو ساخن الميدان. Superconducting المواد الجديدة التي اكتشفت في اساس منتظم وتطبيقاتها التكنولوجيه لا حصر لها. الاكتشافات الجديدة استعراض القوة من قبل ومن والنظريات ، في الوقت الحاضر ، وهي ظاهرة لا يفهم تماما.
المغناطيسيه خصائص المادة موصل جيد للكهرباء
وحتى عندما ضعف النفاذيه المغناطيسيه الدراسات التى اجريت مؤخرا التخلي عن الممتلكات كما معمم ، بل هي موثقه جيدا لمعظم الممتلكات وموصلات جيدة للكهرباء وهو واحد من السبل لتحقيق الارتفاع المغناطيسي.
Meissner : في عام 1933 والتر روبرت meissner وochsenfeld اكتشفت ان المواد superconducting لصد المجال المغناطيسي. واذا تحرك مغناطيس على وشك التوصل الى موصل ، والكهرومغنطيسيه التيارات المستحثه في موصل. وهذا هو المبدأ الكامن وراء ومولدات الكهرباء. اذا كان موصل جيد للكهرباء ويستخدم بدلا من ذلك ، فإن التيارات المستحثه بالضبط مرأة الميدان مما تسبب في ان تكون صد المغناطيس. مغناطيس يمكن ان تؤدي فعلا الى levitate اكثر من جيد التوصيل الماديه.
وقد تم التخلي عن meissner اثر بصفة عامة الملكيه في عام 1997 ، عندما سبيكه من الذهب وانديوم ووجد ان كل موصل جيد للكهرباء ومغناطيس طبيعي جدا عند درجة حرارة بالقرب من الصفر المطلق. ومنذ ذلك الحين ، إلى مركبات اخرى تم العثور مع نفس الممتلكات.
النوع الاول موصلات جيدة للكهرباء
وهي تتميز حاد للغاية الانتقال الى الكمال superconducting الدولة وضعف النفاذيه المغناطيسيه (القدرة على صد المجال المغناطيسي تماما). وقد منحني التوصيل مقابل الضغط المستمر في درجة حرارة عادية تظهر مع انخفاض درجة الحراره قد تصل الى درجة حرارة الانتقال الحرجه المعروفة باسم (ح) ادناه التي هي التوصيل صفر) في اطار تجريبي خطأ). درجات الحراره الحرجه عادة منخفضه جدا (0-5 ك) ، ويجري الرصاص (رصاص) واحد مع ارتفاع 7،196 ك.
والثلاثين المواد تكمن في هذه المجموعة. انها هي : المعادن وmetalloids ان تظهر بعض التوصيل عند درجة حرارة الغرفة. أفضل قادة المعدنية (النحاس والفضه والذهب) ليست من بين النوع الأول موصلات جيدة للكهرباء.
| المادة | ح |
|---|---|
| يكون | 0 |
| الصحة الانجابيه | 0 |
| W | 0،015 |
| دون الاشعه الحمراء | 0،1 |
| لو | 0،1 |
| مدينة لوس انجلوس | 6،00 |
| التردد العالي | 0،1 |
| Ru | 0،5 |
| نظام التشغيل | 0،7 |
| ميسسوري | 0،92 |
| عنصر الزركون | 0،546 |
| الرصاص | 7،193 |
| القرص المدمج | 0،56 |
| يو | 0،2 |
| تي | 0،39 |
| عنصر الزنك | 0،85 |
| ألجأ | 1،083 |
| ح | 7،77 |
| Al | 1،2 |
| خ | 1،4 |
| ث | 1،4 |
| أعادة | 1،4 |
| TL | 2،39 |
| ملاحظه : | 9،46 |
| في | 3،408 |
| خطوط | 3،722 |
| الزئبق | 4،153 |
| تنتالوم | 4،47 |
| في | 5،38 |
التفسير المقبول هو من الناحية النظريه التي قدمها BCS.
BCS من الناحية النظريه : الجزيءيه في المشبك الاهتزازات تبطئ عند درجة الحراره انخفاضا ، الخوار درجات الحراره الحرجه من عدم وجود هذه الحركة ويتيح تدفق الألكترونات من دون اي عائق والذي يترجم في قدرة التوصيل. من عوامل مثيرة للاهتمام في هذه النظريه هو مظهر من ازواج كوبر (الالكترونات في التحرك الى جانب الازواج).
ازواج كوبر : الاهتزاز في المشبك صغيرة الى درجة ان وجود الالكترونات في الواقع يؤثر على موقف المحيطة بها النوى. الانتقال ألكترون واحد ينتج أثر مضاعف في المشبك التي دفع حركة ثانية الكترون واقتران كل منهما عن طريق الصرف من الطاقة الصوتيه (المشبك الكميات من اهتزاز الطاقة). هذان الالكترونات تشكيل كوبر الزوج. الزوج سوف تكون موضعيه في الزخم (نفس حجم الزخم ولكن تسير في الاتجاه المعاكس) وغير محلي في الفضاء (ومكانيا لانها يمكن ان تكون إلى جانب ما يصل إلى 100 nanometers عندما فصل بين متتاليتين النوى هو 0.1-0.4 نانومتر). الألكترونات هي "فيرميون" (اي انها كهربائيا وتوجيه التهم إليهم وعلى هذا الاساس صد كل الآخرين) ؛ موصل جيد للكهرباء ولكن في إطار الدولة انهم يتصرفون كما معاناة الانتقال الى الدولة الاساسية التي لا تتوفر إلا لbosons (الجسيمات الكهرباءيه دون مقابل ، النيوترونات هي الصدور) . الحل لهذه "المشكلة" هو انشاء ازواج كوبر ؛ وبالاضافة الى زوج من الالكترونات تتصرف كما بوزون أ. تجريبي بالتثبت من تفاعل مع المشبك هو المقدمة من النظائر المشعه واثر على superconducting الانتقال درجة الحراره.
النوع الثاني موصلات جيدة للكهرباء
موصلات جيدة للكهرباء من النوع الثاني يظهر في الانتقال التدريجي من عادية الى superconducting الدولة عبر منطقة المختلطه "الدولة" في سلوكهم. موصلات جيدة للكهرباء هي من النوع الثاني المعروف ايضا باسم الصعبة موصلات جيدة للكهرباء والمشبك هيكل تلعب دورا حيويا في هذه القضية. لا يوجد اي نموذج كامل لشرح من النوع الثاني موصلات جيدة للكهرباء في الطريقة التي يفسر نظرية BCS الفئة الاولى الفئة الثانية بعض موصلات جيدة للكهرباء اظهار اعلى درجات الحراره الحرجه جعل التطبيقات التكنولوجيه قادرة على البقاء. يمكن للآخرين ان الحفاظ على الدولة موصل جيد للكهرباء عالية جدا في تطبيق المجال المغناطيسي. وهناك أيضا تلك التي تقع في مرمى من النوع الاول دعم التعاون التقني والحقول المغناطيسيه.
ونظرا لمنطقة مختلطه ، تسلل بعض مجال مغناطيسي خارجي (ب) الى سطحها لن يسمح لهم. ونتيجة لذلك ، mesoscopic ظواهر جديدة مثل superconducting "الاشرطه" و "دفق - المشبك الدوامات" يمكن ملاحظه. هذا الاختراق الجزئي يعطي المجال المغناطيسي تطبق السلطة لكسر قدرة التوصيل الدولة (الحرجه المجال المغناطيسي قبل الميلاد). في النوع الثاني موصلات جيدة للكهرباء ، ودرجة الحراره ، ويطبق مجال مغناطيسي وسوف المتغيرات الرئيسية للمرحلة الرسم البياني.
النوع الاول الثاني موصل جيد للكهرباء ، وهي سبيكه والبزموت من الرصاص ، وقد انشئت فى عام 1930 من قبل دبليو دي هاس وياء voogd. Superconducting دورته الممتلكات لم تراع حتى meissner اثر تم اكتشافه. وحتى الان ، وهو اعلى التعاون التقني الحصول على غرفة الضغط هو 138 ك ا لمتعلق بحساب العناصر المتفاعله المواد (المشكلة من صيغة (و150k - للحصول على براءه اختراع في انتظار المواد التي لا تشكل stoichiometrically.
المجمع الاسر مختلفة اظهرت ان يكون من النوع الثاني superconducting الخصائص ؛ موجز التصنيف التالي :
- الاكثر وفرة المواد التي يتم عرضها قدرة التوصيل من النوع الثاني هي المركبات المعدنية والسبائك. الاستثناءات المعروفة هي العناصر الفاناديوم ، والنيوبيوم التكنيتيوم.
- مجموعات من الفاناديوم ، التكنيتيوم والنيوبيوم وتستخدم فى صنع superconducting مغناطيسيه. - النيوبيوم والقصدير والنيوبيوم - التيتانيوم الدعم على شكل اسلاك رفيعة في الحقول المغناطيسيه ، والتعاون التقني مع قوات تبريد الهيليوم السائل. وعادة ما تكون رقيقة شعيرات (20. م) جزءا لا يتجزأ من النحاس في مصفوفه الى اقصى حد affectivity (التهم يتحرك فقط على سطح السلك).
- الخزف موصلات جيدة للكهرباء ( "perovskites") هي اكسيد المعادن والسيراميك وعادة ما يكون ان نسبة 2 ذرات المعدن أكثر من 3 ذرات من الاوكسجين. انها تظهر اعلى tcs.
- Superconducting cuprates (النحاس - اكاسيد) يمكن ان يحقق اعلى درجات الحراره الحرجه بين موصلات جيدة للكهرباء من النوع الثاني.
- العضويه موصلات جيدة للكهرباء هي جزء من الاسرة العضويه موصل (املاح الجزيءيه ، والبوليمرات ونظم الكربون النقي بما نانوتيوب الكربون والمركبات c60). الجزيءيه املاح منخفضه للتعاون التقني في غرفة الضغط (0.4-12 ك) ، في طائفة من النوع الاول موصلات جيدة للكهرباء. وهي تظهر ميزة هو اعلى من ذلك بكثير قبل الميلاد ؛ في (tmtsf) 2pf6 الحاسم هو المجال المغناطيسي حول 6t ، أمر من حجم اعلى من المعتاد BCS.
- Borocarbides هي واحدة من أقل النظم يفهم موصل جيد للكهرباء. وهي تتكون من الانتقال المغناطيسيه الحديديه والمعادن (وكان من المستحيل التفكير). وعندما يقترن ذلك عناصر غريبة مثل هولميوم ، تراجعا عن موصل جيد للكهرباء الدولة للتعاون التقني الخوار درجة حرارة معينة. انها اكتشفت في عام 1993 من قبل بوب Cava.
- فيرميون مركبات الثقيلة هي التي تحتوي على العناصر الارضيه النادرة ، مثل عنصر الايتربيوم م او ، او اكتينيد عناصر مثل شين عند درجات حرارة منخفضه ، فإن بعض هذه المواد تظهر قدرة التوصيل. الاليه ليست مفهومة تماما ، فإن بعض النظريات تقترح وجود أزواج كوبر المشكلة من التفاعل مع الكترون الدورات بدلا من المشبك phonons. الملاحظه الاولى وادلى هاء Bucher ، وآخرون ، في عام 1973 ولكنها لم تعتبر موصلات فاءقه حتى عام 1979. الانتقال درجات الحراره في طائفة من النوع الاول موصلات جيدة للكهرباء.
موصلات جيدة للكهرباء والتكنولوجيا
الارتفاع المغناطيسي : meissner تأثير على السيراميك موصلات جيدة للكهرباء ويستخدم لابقاء القطارات الرفع. الرفع القطارات المغنطيسيه يمكن ان تتحرك بسرعة نحو 400 كلم / H. وحتى عندما تكون التكنولوجيا المتقدمه تماما ، والقضايا البيءيه والاقتصادية التي اخرت تعميم استعمال. انظر ايضا :
- ما هو الارتفاع المغناطيسي؟
- ما هي المركبات الارتفاع المغناطيسي؟
- ما هو maglev تدريب؟
- كيف maglev قطار العمل؟
Superconducting خطوط النقل : بروخافين في المختبر الوطني ، وخطوط نقل النموذج superconducting النقل 1000 ميغاواط من الطاقة في غضون ضميمه من قطر 40 سم. إذا كان حجم المشاكل لا تنشأ سيكون من الممكن لنقل الانتاج الكامل من محطة لتوليد الطاقة الكهرباءيه مع سطر واحد فقط. Superconducting خطوط من شأنه توفير 10 ٪ -15 ٪ من الطاقة ، فان المبلغ الذي عادة ما لبث ان تبدد في خطوط النقل. المشكلة المطلوب حلها حتى الآن هو ان موصلات جيدة للكهرباء التي يمكن تشكيلها حسب الاسلاك حتى الآن على ضرورة ان تكون مبرده مع الهيليوم السائل (مكلفه جدا). ح موصلات جيدة للكهرباء عاليه يصعب ولا يمكن ان تتشكل في الاسلاك.
صناعة الالكترونيات : التصنيف الدولي الموحد للمهن الدولية وموصل جيد للكهرباء حتى الان التي تقدم التكنولوجيات البالغة عالية الاداء المرشحات على اساس superconducting الاسلاك. وبعد ما يقرب من الصفر المقاومة ، حتى في الترددات العالية ، وعدد اكبر من مراحل مرشح يمكن تطبيقها للحصول على وتيرة المرجوة. وهذا امر مفيد في صناعة الهاتف الخلوي وغيرها.
كومبيوتر :
- المعالجات القائمة في superconducting المواد هي من بين التكنولوجيات المتنافسه في السباق للحصول على petaflop الحواسيب.
- في الآونة الاخيرة ولوحظ أيضا أن الصغيرة التى تخترق المجال المغناطيسي من النوع الثاني موصلات جيدة للكهرباء يمكن ان تستخدم لتخزين واسترجاع المعلومات الرقميه.
الاستخدامات العسكرية :
- Superconducting بالموجات الصغريه الهوائي : جيد التوصيل الشريط يستخدم للحد من طول الهوائيات المستخدمة ذات التردد المنخفض على الغواصات.
- ه - القنابل : موصل جيد للكهرباء المغناطيس تخلق قوي النبض الكهرومغناطيسي ان العدو لتعطيل المعدات الالكترونيه. انه كان يستخدم في الحرب مع العراق أكثر من محطة اذاعيه.
ويبدو ان بعض تطبيقات مهمة في مجال superconducting مغناطيسيه. انظر "ما هو الشكل الدائري ، تستخدم لموصل جيد للكهرباء؟" للمزيد من التفاصيل.
علامة ما هو موصل جيد للكهرباء؟
