Co to jest magnes nadprzewodzący?
Magnes nadprzewodzący to elektromagnes, w którym cewki są wykonane z nadprzewodnika typu II. Może łatwo wytwarzać stałe pola magnetyczne o wartości 100 000 Oersted (8 000 000 amperów na metr). Wytwarzają silniejsze pola magnetyczne niż standardowe elektromagnesy z rdzeniem żelaznym i ich eksploatacja kosztuje mniej.
Aby zrozumieć, czym jest magnes nadprzewodzący, ważne jest, aby wiedzieć trochę o nadprzewodnictwie. Kiedy niektóre metale i ceramika są chłodzone z zakresu stopni bliskich zeru absolutnemu, tracą swoją oporność elektryczną. Ta temperatura nazywa się temperaturą krytyczną (Tc) i jest różna dla każdego materiału. Gdy nie ma oporu elektrycznego, elektrony mogą swobodnie wędrować po całym materiale. Element może utrzymywać duże ilości prądu przez długi czas bez utraty energii w postaci ciepła. Ta zdolność do utrzymywania ekstremalnego ładunku elektrycznego nazywa się nadprzewodnictwem.
Większość metali ma tkaną strukturę atomową. Ich elektrony są luźno trzymane, dzięki czemu mogą łatwo wchodzić i wychodzić z tkanego wzoru. Gdy elektrony się poruszają, zderzają się z atomami i tracą energię w postaci ciepła. Z tego powodu metale bardzo dobrze ogrzewają i przewodzą prąd. Dlatego garnki i patelnie oraz rzeczy takie jak tostery są zbudowane z metalu.
W nadprzewodniku elektrony podróżują parami i przemieszczają się między atomami, zamiast zderzać się z nimi. Gdy elektron naładowany ujemnie porusza się przez splot z dodatnio naładowanymi atomami, ciągnie te atomy dodatnie. Kolejny elektron jest przyciągany do rezystancji i łączy się z elektronem oryginalnym. Ciągle się uwalniają i łączą z innymi elektronami, ale z niewielkim lub zerowym oporem. Z tego powodu nie tracą ciepła i energii jak standardowy metal.
Nadprzewodniki typu II są stosowane w cewkach magnesów nadprzewodzących. Nadprzewodnik typu II osiąga Tc w niższej temperaturze niż nadprzewodniki typu I. Mają stopniowe przejście od nadprzewodnictwa do normalnego stanu w polu magnetycznym. Te dwie cechy pozwalają im przewodzić wyższe prądy niż typ I.
Do lewitacji magnetycznej można zastosować magnes nadprzewodzący. W efekcie Meissnera dysk nadprzewodzący jest umieszczany pod magnesem i chłodzony za pomocą ciekłego azotu. Nadprzewodnik jest otwarty na przyjęcie ładunku, ponieważ jest chłodzony, magnes indukuje w nadprzewodniku prąd, a zatem pole magnetyczne, a magnes zaczyna unosić się nad tym polem.
Trwają badania nad wykorzystaniem magnesu nadprzewodzącego do systemu lewitującego pociągu. Rozważa się także tworzenie małych, ale mocnych magnesów używanych w obrazowaniu rezonansu magnetycznego (MRI). Plany długoterminowe obejmują odkrywanie materiałów, które mogą wytwarzać nadprzewodnictwo bez zamrażania. Jeśli ten materiał zostanie odkryty, zmieni przyszłość wielu dziedzin, w tym transportu i produkcji energii.