To rozszerzenie szkolnego tematu oporu elektrycznego i jego zależności od temperatury oraz pola magnetycznego — poza programem. Schładzaj próbkę: poniżej temperatury krytycznej opór skokowo spada do zera (prąd bez strat), a wypychane pole magnetyczne unosi magnes (efekt Meissnera).

Dam Ci temperaturę próbki — zgadnij jej stan (bez suwaka). Temperatura krytyczna T_c = 92 K.
Co się właśnie stało?
Powyżej temperatury krytycznej próbka jest zwykłym metalem — jej opór rośnie liniowo z temperaturą. Po schłodzeniu poniżej opór spada skokowo do zera: materiał przechodzi w stan nadprzewodzący.
Opór a temperatura:
— dla metalu opór jest wprost proporcjonalny do temperatury, ale przy temperaturze krytycznej pojawia się nagły skok: . Dla YBCO .
Prąd bez strat:
Gdy , przez próbkę płynie prąd, ale nie wydziela się ciepło Joule'a:
Ładunki płyną bez oporu — raz wzbudzony prąd może krążyć w pętli nadprzewodzącej praktycznie w nieskończoność.
Efekt Meissnera:
Poniżej nadprzewodnik wypycha pole magnetyczne ze swojego wnętrza ( wewnątrz). Prądy ekranujące na powierzchni wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego — dlatego magnes unosi się i lewituje nad próbką. To zjawisko wykorzystują pociągi maglev.
Gdzie to działa?
Nadprzewodniki niosą ogromne prądy bez strat — stąd silne elektromagnesy w tomografach MRI, akceleratorach cząstek oraz lewitujące pociągi maglev.
Po co Ci to na maturze:
To rozszerzenie tematu oporu elektrycznego i jego zależności od temperatury oraz pola magnetycznego. Chwyt: sprawdź, czy jest powyżej, czy poniżej — to rozstrzyga, czy opór rośnie z temperaturą, czy wynosi dokładnie zero (a wtedy ).
Zapamiętaj: poniżej temperatury krytycznej opór nadprzewodnika to dokładnie zero — prąd płynie bez strat, a pole magnetyczne jest wypychane (efekt Meissnera → lewitacja).
Powyżej temperatury krytycznej opór metalu rośnie z temperaturą. Poniżej opór nadprzewodnika skokowo spada do zera: Prąd płynie wtedy bez strat energii (bez wydzielania ciepła ).
Nadprzewodnik całkowicie wypycha ze swojego wnętrza pole magnetyczne. Wypychane linie pola tworzą siłę unoszącą — magnes lewituje nad próbką.
Silne elektromagnesy (rezonans MRI), pociągi maglev, akceleratory cząstek — wszędzie tam, gdzie potrzeba dużych prądów bez strat.
Oznaczenia: — opór elektryczny, — temperatura, — temperatura krytyczna, — natężenie prądu.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Materiał, który poniżej temperatury krytycznej ma zerowy opór — prąd płynie w nim bez strat energii.
Nadprzewodnik wypycha pole magnetyczne (efekt Meissnera), tworząc siłę unoszącą magnes.
W silnych magnesach (rezonans MRI), pociągach maglev i akceleratorach cząstek.