Mobili versija | Apie | Visos naujienos | RSS | Kontaktai | Paslaugos
 
Jūs esate čia: Pradžia » Visos temos » Mokslas » Fizika

Superlaidumas: žvilgsnis iš arčiau (Video)

2010-11-16 (21) Rekomenduoja   (5) Perskaitymai (14339)
    Share

Kuo toliau, tuo labiau, pasaulis apie mus tampa apraizgytas įvairiais laidais. Jie slepiasi kompiuteriuose, laikrodžiuose ir bet kokiuose kituose elektriniuose prietaisuose. Net ir iškirtę sienoje skylę rastume laidų: elektros, televizijos, telefono – tą žino visi. Šiek tiek sunkiau pastebėti, kad tais laidais tekant elektros srovei, jie neišvengiamai kaista.

Laidų kaitimo principą puikiai iliustruoja kaitrinės lemputės veikimas: jos siūliukas tekančios srovės įšildomas tiek, kad ima šviesti. O šiluma, kaip žinia, susijusi su energijos nuostoliais. Lemputę juk įjungiame tam, kad šviestų, o ne tam, kad šildytų. Šildančių lempučių atvejis nėra itin grėsmingas – žiemą namuose šilumos nebus per daug, tačiau kaip dėl elektros perdavimo linijų (jos šildo orą, o tai – energijos nuostoliai, dėl ko galiausiai brangiau mokame už elektrą) arba elektrinių variklių gamyklose (jie kartais kaista taip stipriai, kad tenka aušinti vandeniu)? Net ir Šiaudinei Kaliausei aišku, kad kartais būtų gerai tos nereikalingos šilumos išvengti.

Šalti laidai

Medžiaga, kuri visiškai išspręstų minėtąją problemą, moksliškai vadinama „kambario temperatūros superlaidininku“. Paprastai kalbant, superlaidininkas – medžiaga, kuri neturi varžos ir todėl visiškai nekaista tekant srovei. „Kambario temperatūros“ reiškia tai, kad tokios medžiagos nereikia šaldyti ar šildyti – ji turi nulinę varžą kambario temperatūroje.

Mokslui taip pat žinomas ir vienas svarbus su šia medžiaga susijęs faktas – ji kol kas neatrasta. Čia būtų galima straipsnį ir baigti, jei nebūtų žinomi keli kiti įdomūs faktai: už superlaidumo tyrimus jau paskirtos 5 Nobelio premijos, o superlaidžių medžiagų skaičius seniai skaičiuojamas dešimtimis. Deja, tos medžiagos tampa superlaidžios tik gerokai atšaldžius (virtuvinis šaldiklis nepadės). Bet apie viską iš pradžių.

Šaldyti madinga

Laidai kaista dėl to, kad jų atomai vibruoja, o elektronai trankosi į tuos atomus. Kuo atomai mažiau vibruoja, tuo elektronai mažiau į juos trankosi. Norėdami tuo įsitikinti, įsivaizduokite, kad turite nusitaikyti ir pramesti akmenuką (elektroną) tarp dviračio rato stipinų (atomų gardelės) – tai padaryti lengviau, kai ratas nesisuka, arba sukasi lėtai (lėti atomų svyravimai). Kaip sumažinti atomų vibracijas? Šaldyti!

Rimtas šaldymas prasidėjo 1908 metais Olandijos mieste Leidene, kur stambus vyrukas, pavarde Onnes, darbavosi prie ne mažiau stambaus šaldymo aparato. Jam pavyko suskystinti helį (tam reikia labai žemos temperatūros), kuris buvo paskutinis tuo metu nesuskystintas elementas, o vėliau Onnes ėmėsi laidininkų varžos tyrimų. Įsivaizduokit, kaip turėjo nustebti mokslininkas, kai į šaldymo aparatą įkišus gabalą gyvsidabrio, pastarojo varža ne šiek tiek sumažėjo, o visiškai dingo! Iš to, kad H. K. Onnes 1913 m. gavo Nobelio premiją, galime spręsti, kad nustebo ne jis vienas.

Nuo to laiko šaldyti visokias medžiagas ir matuoti jų varžą pasidarė madinga. Netrukus buvo pastebėta, kad superlaidumu pasižymi įvairiausios medžiagos: nuo paprasčiausio švino iki niekam negirdėto niobio nitrido. Tiesa, mokslininkus stebino faktas, kad geri laidininkai, kaip kad auksas ar varis, superlaidumu nepasižymėjo net ir itin žemoje temperatūroje. Tyrinėtojai pastebėjo ir kitą su superlaidumu susijusį reiškinį – medžiaga išstumia iš savęs magnetinį lauką, kai tampa superlaidi. Šis 1933 m. atrastas reiškinys vadinamas Meissner‘io efektu.

Meissner‘io efektas

Normaliam žmogui turėtų būti visiškai neaišku, kodėl taip nuobodžiai apibrėžtas Meissner‘io efektas išvis kam nors įdomus. Šuo pakastas paprastame šio reiškinio pritaikyme – kai medžiaga tampa superlaidi, ant jos padėtas magnetas ima levituoti!

Panaudojimas praktikoje akivaizdus – galime pagaminti traukinuką, kuris važiuoja neliesdamas bėgių

Meissner‘io reiškinį nesunku ir suprasti. Magnetinį lauką superlaidininko viduje anuliuoja paviršiuje tekančios srovės. Vaizdumo dėlei galima įsivaizduoti, kad tos srovės sukuria veidrodinį ant superlaidininko esančio magneto atvaizdą. Vadinasi, du magnetai (tikrasis ir „veidrodinis atvaizdas“) atsiduria vienas šalia kito, be to, jie atsukti vienas į kitą vienodais poliais. Kaip žinome, vienodais poliais vienas į kitą nukreipti magnetai neišvengiamai vienas kitą stumia, o šiuo atveju stūma tokia stipri, kad jos pakanka minėtajam magnetui pakelti į orą!

Kodėl?

Išsiaiškinome, kad superlaidininkai pasižymi keistomis savybėmis – neturi varžos ir moka sklandyti virš magnetų. Taip pat pastebėjome, jog šie du reiškiniai yra susiję. Tačiau mums vis vien liko neaišku, kodėl superlaidininkų elgsena taip dramatiškai skiriasi nuo paprastų laidininkų. Ar mokslininkai toje srityje nuveikė ką nors įdomaus nuo 1933 metų?

1 | 2
Verta skaityti! Verta skaityti!
(7)
Neverta skaityti!
(0)
Reitingas
(5)
Komentarai (21)
Komentuoti gali tik registruoti vartotojai
Kiti tekstai, kuriuos parašė Jogundas Armaitis
Naujausi įrašai

Įdomiausi

Paros
45(0)
43(0)
41(0)
32(4)
25(0)
20(0)
16(0)
15(5)
13(2)
12(1)
Savaitės
94(1)
82(1)
80(3)
60(2)
Mėnesio
146(25)
106(13)
89(0)
85(8)