Was ist ein supraleitender Draht?
Ein supraleitendes Material ist ein Material, das unterhalb einer bestimmten sehr niedrigen Temperatur keinen elektrischen Widerstand aufweist. Ein supraleitender Draht ist also eine Drahtlänge aus supraleitenden Materialien. Während die meisten Drähte aus flexiblen Metallen bestehen, sind einige der besten Materialien für Supraleiter spröde, sodass sie in Pulverform in eine Röhre gepackt werden müssen, um verwendet zu werden. Supraleitender Draht ist nützlich, da er eine höhere Stromdichte als herkömmliche Drähte ermöglicht. Genau wie andere Supraleiter erfordert auch supraleitender Draht sehr niedrige Temperaturen, um zu funktionieren, und der Kühlprozess kann ziemlich teuer sein.
Die hohe Stromdichte ist eine der wichtigsten Überlegungen beim Schaltungsdesign und von großer Bedeutung für den Entwurf kleiner integrierter Chips für tragbare elektronische Geräte. Die Stromdichte kann einfach als die Dichte der elektrischen Ladung beschrieben werden, die durch ein leitendes Material fließt. Die meisten Leitertypen geben aufgrund des elektrischen Widerstands bei besonders hohen Stromdichten viel Wärme ab. Der supraleitende Draht weist andererseits keinen elektrischen Widerstand auf, so dass die Abgabe von überschüssiger Wärme kein Problem darstellt. Supraleitender Draht kann jedoch eine so hohe Stromdichte erzeugen, dass sie ein Magnetfeld erzeugt, das die Supraleitung beeinträchtigen kann.
Eine der größten Herausforderungen bei der erfolgreichen Implementierung supraleitender Drähte ist die Notwendigkeit extrem niedriger Temperaturen. Supraleitende Materialien verlieren ihre Supraleitfähigkeit und beginnen, einen elektrischen Widerstand über einer bestimmten Schwellentemperatur zu haben. Daher ist es wichtig, dass die Materialien unter dieser Temperatur gehalten werden. Viele Arten von supraleitenden Drähten müssen bei Temperaturen weit unter 30 Kelvin (-406 ° F) aufbewahrt werden, was die Verwendung von flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff erfordert. Einige Arten von Supraleitern können bei einem Phänomen, das als "Hochtemperatursupraleitung" bekannt ist, bei Temperaturen von bis zu 125 Kelvin (-235 ° F) funktionieren. Das Kühlen derartiger supraleitender Materialien ist zwar immer noch keine einfache Aufgabe, jedoch kostengünstiger als die extrem niedrigen Temperaturen, die von anderen benötigt werden.
Es ist leider ziemlich schwierig, viele Formen von Supraleitern, insbesondere Hochtemperatursupraleitern, in supraleitenden Draht umzuwandeln. Viele supraleitende Hochtemperaturmaterialien sind ziemlich spröde, so dass es nicht plausibel ist, sie zu typischen flexiblen Drähten zu entwickeln. Es ist oft notwendig, eine Röhre mit einer Pulverform des supraleitenden Materials zu füllen. In vielen Fällen wird das Pulver in irgendeiner Form von Metall eingeschlossen, erhitzt und zu einem breiten, flachen Draht komprimiert. Solch einem supraleitenden Draht fehlt die Flexibilität eines herkömmlichen Drahtes, aber er kann trotzdem sehr nützlich sein.