超伝導体はどのように機能しますか？

超伝導体がどのように機能するかを理解するために、通常の導体が最初にどのように機能するかを調べることが役立つ場合があります。 水や金属などの特定の材料を使用すると、庭のホースを通る水など、電子が比較的簡単に流れます。 木やプラスチックなどのその他の材料は、電子の通過を許可しないため、非導電性と見なされます。 それらに電気を通そうとするのは、レンガに水を通そうとするようなものです。

導電性と見なされる材料の間でも、実際に通過できる電気量には大きな違いがあります。 電気的には、これは抵抗と呼ばれます。 ほとんどすべての通常の電気伝導体には、電線、水、または他の物質を通過するときに電子をブロックまたは吸収する独自の原子があるため、ある程度の抵抗があります。 少しの抵抗は、電気の流れを制御し続けるのに役立ちますが、非効率で無駄が多いこともあります。

超伝導体は抵抗の概念を取り入れて、それを頭の上で回転させます。 超伝導体は、一般に、すでに原子数の少ない合成材料または鉛やニオブチタンなどの金属で構成されています。 これらの材料がほぼ絶対零度まで凍結すると、どの原子がほぼ停止するまで粉砕します。 このすべての原子活動がなければ、電気は材料にほとんど抵抗なく流れることができます。 実際には、超伝導体を備えたコンピュータープロセッサまたは電車の線路は、その機能を実行するためにほとんど電気を使用しません。

超伝導体の最も明らかな問題は温度です。 大量の超伝導材料を必要な転移点まで過冷却する実用的な方法はほとんどありません。 超伝導体が温まり始めると、元の原子エネルギーが復元され、材料が再び抵抗を生成します。 実用的な超伝導体を作成する秘trickは、室温で超伝導になる材料を見つけることです。 これまでのところ、研究者は高温でその電気抵抗のすべてを失う金属または複合材料を発見していません。

この問題を説明するために、標準的な銅線を水の川として想像してください。 電子のグループは、上流の目的地に到着しようとするボートに乗っています。 下流に流れる水の力は抵抗を生み出し、それによりボートは川全体を通過するためにさらに懸命に働かなければなりません。 ボートが目的地に到着するまでに、多くの電子乗客は弱すぎて続行できません。 これが通常の導体で起こることです。自然抵抗は電力の損失を引き起こします。

ここで、川が完全に凍結し、電子がそりに乗っている場合を想像してください。 下流に水が流れないため、抵抗はありません。 そりは単に氷の上を通り過ぎ、ほぼすべての電子乗客を安全に上流に置きます。 電子は変化しませんでしたが、川は抵抗なしに温度によって変化しました。 常温で川を凍結する方法を見つけることが、超伝導体研究の究極の目標です。