Jak działa nadprzewodniczący?

Aby zrozumieć, jak działa nadprzewodnik, pomocne może być zbadanie, jak działa zwykły dyrygent.Niektóre materiały, takie jak woda i metal, pozwalają dość łatwo przepływać przez nie elektrony, takie jak woda przez wąż ogrodowy.Inne materiały, takie jak drewno i plastik, nie pozwalają na przepływ elektronów, więc są uważane za nie rodowe.Próba biegania przez nich elektrycznością byłaby jak próba biegania wody przez cegłę.

Nawet wśród materiałów uważanych za przewodnictwo, mogą istnieć ogromne różnice w tym, ile energii elektrycznej może przejść.W kategoriach elektrycznych nazywa się to oporem.Prawie wszystkie normalne przewody energii elektrycznej mają pewien opór, ponieważ mają własne atomy, które blokują lub wchłaniają elektrony, gdy przechodzą przez drut, wodę lub inny materiał.Trochę oporu może być przydatne do utrzymania przepływu elektrycznego pod kontrolą, ale może być również nieefektywny i marnotrawny.

Superprzewodnik przyjmuje ideę oporu i obraca go na głowie.Superprzewodnik składa się na ogół z materiałów syntetycznych lub metali, takich jak ołów lub niobumtitanium, które mają już niską liczbę atomową.Kiedy materiały te są zamrożone do prawie absolutnego zera, jakie atomy mają szlifowanie do bliskiego haltu.Bez całej tej aktywności atomowej energia elektryczna może przepływać przez materiał praktycznie bez oporu.W praktyce procesor komputerowy lub elektryczny tor pociągowy wyposażony w nadprzewodniczący użyłby bardzo mało energii elektrycznej do wykonywania swoich funkcji.

Najbardziej oczywistym problemem z nadprzewodnikiem jest temperatura.Istnieje kilka praktycznych sposobów na nadpełnienie dużych dostaw materiału nadprzewodowego do wymaganego punktu przejścia.Gdy nadprzewodnik zacznie się rozgrzewać, przywrócona jest oryginalna energia atomowa, a materiał ponownie tworzy opór.Sztuczka do stworzenia praktycznego nadprzewodnika polega na znalezieniu materiału, który staje się nadprzewodowy w temperaturze pokojowej.Do tej pory naukowcy nie odkryli żadnego metalu lub materiału kompozytowego, który traci całą oporność elektryczną w wysokich temperaturach.

Aby zilustrować ten problem, wyobraź sobie standardowy drut miedziany jako rzekę wody.Grupa elektronów znajduje się na łodzi, próbując dotrzeć do miejsca docelowego w górę rzeki.Moc płynącego w dół rzeki powoduje opór, co sprawia, że łódź musi jeszcze ciężej pracować, aby przejść przez całą rzekę.Zanim łódź dotrze do celu, wielu pasażerów elektronów jest zbyt słabych, aby kontynuować.Tak dzieje się ze zwykłym przewodnikiem - naturalny opór powoduje utratę mocy.

Wyobraź sobie, że rzeka była całkowicie zamrożona, a elektrony były na sankach.Ponieważ w dół rzeki nie będzie płynących wodę, nie byłoby oporu.Sled po prostu przechodzą przez lód i wpłacają prawie wszystkich pasażerów elektronów bezpiecznie w górę rzeki.Elektrony się nie zmieniły, ale rzeka została zmieniona według temperatury, aby nie wywierać oporu.Znalezienie sposobu na zamrażanie rzeki w normalnej temperaturze jest ostatecznym celem badań nadprzewodników.