Страница: 7/9
Промежуточное состояние соответствует ситуации, когда длина когерентности больше глубины проникновения. Этот случай реализуется у веществ, которые можно назвать сверхпроводниками I рода. Вещества, у которых длина когерентности меньше глубины проникновения, называются сверхпроводниками II рода (металлические сплавы).
Применение сверхпроводников
В 1930 году два молодых голландца Де Хаас и Воогд сделали важное открытие. Работая со сплавами свинца и висмута, они обнаружили, что сплавы сохраняют сверхпроводимость вплоть до магнитных полей порядка 2Т. Это величина более чем в 30 раз превышала критическое поле для чистого свинца.
Онесс, мечтал изготовлять экономичные сверхпроводящие магниты с напряженностями поля в десятки тесла, но был вынужден отказаться от этой идеи, обнаружив, что сверхпроводимость разрушается при полях, в тысячи раз более слабых. Теперь как будто появилась надежда изготовить магнит пусть и не на десятки, но на единицы тесла. Такие магниты можно было бы использовать, например, в небольших электрических машинах.
Для использования в электротехнике сверхпроводники должны иметь высокие критические параметры. Прежде всего необходимо, чтобы достаточно высокой была критическая температура. Если она окажется больше примерно 22К, то для охлаждения станет возможным использовать вместо гелия более дешевый жидкий водород. Далее, необходимо, чтобы этот проводник выдерживал достаточно сильные магнитные поля. Если из сверхпроводника изготовляются провода для линий передачи электрического тока, то для него важно иметь высокие значения критического тока в отсутствие сколько-нибудь существенного магнитного поля. Но если сверхпроводник предназначается для работы в обмотках магнита, то он должен выдерживать объединенный "натиск" большого тока и сильного магнитного поля. Сверхпроводники должны обладать достаточно высокой пластичностью.
Для того, чтобы быть сверхпроводником, чистый металлический элемент или сплав должен иметь от 2 до 8 валентных электронов на атом, тогда критическая температура особенно высока. Сверхпроводимость при этом могут обнаруживать и такие сплавы, в которых оба компонента не являются сверхпроводниками, - лишь бы среднее число электронов в расчете на один атом попадало в указанные пределы. Наивысшую температуру среди чистых элементов имеет ниобий - 9,2 К.
Наиболее очевидное применение сверхпроводимости в линиях электропередачи. В стоимости электроэнергии, которую оплачивает потребитель, на долю ее производства приходится лишь около трети. Остальные две трети - это передача и распределение энергии. Потоки электроэнергии год от года растут, линии передачи удлиняются, во избежание больших потерь в них приходится повышать напряжение. Сегодня строятся ЛЭП напряжением 1 МВ и даже выше. Коэффициент полезного действия таких линий составляет около 95%.
Наиболее дешевые ЛЭП - воздушные. Стоимость их строительства намного дешевле сооружения подземного кабеля такой же пропускной способности. Но ЛЭП более удобны в необжитых и малообжитых районах. Опасность высоких напряжений заставляет отводить под ЛЭП большую территорию, такие напряжения вызывают высокий уровень помех при приеме радио- и телевизионных передач. Высоковольтные ЛЭП составляют опасность для самолетов. Применение сверхпроводящих кабелей позволит повысить КПД подземных ЛЭП до 99,5%.
Применение сверхпроводимости коснулось и машин для выработки электроэнергии. Современные электрогенераторы - крупные сооружения, в которых создаются большие магнитные поля, а роторы вращаются со скоростью 3000 об/мин. Сверхпроводимость обещает многое: уменьшить габариты генераторов почти в 2 раза, соответственно массу их - до 3 раз, а массу ротора - в 4-5 раз. Применение сверхпроводников снижает тепловые потери тока, так, что КПД генераторов сможет достичь 99,5-99,8%.
Сверхпроводимость можно также использовать в сверхпроводящих магнитах. Увеличение напряженности магнитного поля с их помощью позволило бы существенно уменьшить размеры ускорителей.
Реферат опубликован: 20/12/2006