Superprovodnici
Materijali koji provode električnu struju bez gubitaka nazivaju se superprovodnici. Pojava superprovodnosti primećena je na vrlo niskim temperaturama, bliskim apsolutnoj nuli (T = 0 ! ili bolje reći na temperaturi tečnog "elijuma (T = #,$ !. Pokazalo se u me%uvremenu da ove temperature, koje se nazivaju i kritične temperature, za pojedine superprovodne materijale, mogu biti i znatno vi&e (Tr =$',$ za b')e! Tr = *00 za superprovodne keramike.!
+a bi kod nekog materijala nastupila pojava superprovodosti nije dovoljno samo ostvariti temperature ispod krititemperature kritiččne.ne. a ovu pojavu uticu i magnetno polje (! u u kojem se superprovodnik nalazi i gustina struje (-! u njemu. Tako da moraju biti ispunjeni i uslovi da je magnetno polje manje od nekog kritimagnetno kritiččnog nog (r! i gustina struje da je manja od neke kritikritiččne (--r!, pri ne ččemu postoji odre%ena r, -r i Tr., Tr.
BCS-teorija ili Bardeen-Cooper-Schriefferova teorija je prva mikroskopska teorija supravodljivosti (*/1.!. Polazi od pretpostavke da na vrlo niskim temperaturama u kristalnoj re&etki supravodiča privlačno me%udjelovanje elektron 2re&etka2elektron nadjačava odbojnu električnu silu me%u elektronima, tj. da elektroni pri prolasku kroz re&etku privlače njezine jone, &to rezultira povećanjem gustoće pozitivnog napona u tom području i, dok se re&etka ne vrati u ravnote3no stanje, privlači druge elektrone. 4 takvim uslovima elektroni kojima su spinovi i količine kretanja suprotni kreću se u parovima ( Cooperovi parovi!, a svaki par elektrona na me%usobnoj udaljenosti od pribli3no *00 nm kreće se kroz kristalnu re&etku bez gubitka energije i mo3e tunelirati kroz izolatorsku barijeru. Porastom temperature atomi re&etke sve jače titraju, iznad kritične temperature razdvajaju elektronske parove, elektroni se vi&e ne mogu kretati bez gubitaka i pojavljuje se električni otpor . 5a razvoj 67S8teorije -o"n 6ardeen, 9eon eil 7ooper i -o"n :obert Sc"rie;;er dobili su obelovu nagradu za ;iziku */1$. <* Fermioni su čestice sa polovnim spinom i grade antisimetrična sastavljena kvantna stanja. 5ato za ;ermione va3i Paulijev princip isključenja. >ermioni se djele na kvarkove ? leptone. ?me su dobili po @nriku >ermiju (@nrico >ermi!. 4 standardnom modelu slabe i jake interakcije (sile!, ;ermioni su tvorci materije. Sve elementarne čestice su ili ;ermioni ili bozoni. 5a ;ermione va3i >ermi8+irakova statistika. >ermioni su Aelektroni,protoni,neutroni,kvarkovi Bozoni su čestice koje grade simetrično sastavljena kvantna stanja. 5a nji" va3i 6oze8 Bjn&tajnova (6ose8@insteinova! statistika. 6ozoni su čestice sa celim spinom, za razliku od ;ermiona koji imaju polovni spin. aziv su dobili po indijskom ;izičaru Satjendri atu 6ozu (SatCendra at" 6ose!.
6ozoni su sledeće čestice A gluoni,;otoni,;ononi,DE,D8 bozon,5 0 bozon,gravitoni Sve čestice su ili bozoni ili ;ermioni. 6ozon je nosilac osnovni" interakcija. 5a 6ozone ne va3i Paulijev princip isključenja, zato mo3e jedno kvantno stanje zauzimati vi&e bozona. Majsnerov efekat (ili Majsner-Oksenfeldov efekat! je pojava i&čezavanja magnetskog polja u unutra&njosti superprovodnika . :astojanje do kojeg polje prodire u unutra&njost poznato je kao 9onodnova dubina prodiranja . Fvo aktivno potiskivanje magnetskog polja treba razlikovati od idealnog dijamagnetizma. @;ekat su otkrili Galter Hajsner i :obert Fksen;eld */''. godine. Hajnserov e;ekat je jedna od ključni" osobina superprovodnika i preko njega je utvr%eno da do pojave superprovodljivosti dolazi ;aznim prelazom.
+ijagram Hajsnerovog e;ekta. 9inije magnetskog polja oredstavljene strelicama su potisnute iz superprovodnika kada je ovaj ispod ktritične temperature. Teorijsko obja&njenje Hajsnerovog e;ekta mo3e se dobiti iz 9ondonove jednačine i jedne od Haksvelovi" jednačina
je 9ondonova jednačina, gde je prodiranja.
gustina struje,
magnetna indukcija i
dubina
je jedna od Haksvelovi" jednačina. Po&to je magnetno polje solenoidalno imamo relaciju
kori&ćenjem gornji" izraza pokazano je da je
Po&to je 9aplasijan magnetne indukcije jednak nuli, sledi da polje unutar superprovodnika, van dubine prodiranja, opada do nule.
Magnetska levitacija ili MAGL! je te"nologija bazirana na magnetizmu u kojoj jedan objekat lebdi (levitira! nad drugim bez ikakve me"aničke potpore, samo uz pomoć magnetskog polja. 4 njemu se dejstvo gravitacione sile poni&tava dejstvom elektromagnetske sile istogintenziteta i pravca, ali suprotnog smera čime se posti3e lebdenje. @rn&oova teorema je dokazala da je ova te"nologija neizvodljiva u praksi kori&ćenjem klasični" elektromagnetski" polja jer je sistem nestabilan. He%utim uz pomoć elektronske stabilizacije ili dijamagnetika moguće je izvesti stabilnu magnetsku levitaciju. -edna od praktični" primena ove te"nologije je u tzv. MAGLEV vozovima koji su i dalje u ;azi ispitivanja, ali su do sada pokazali sjajne rezultate razviv&i brzinu od I* kmJ".
Materijali " primjena
Superprovodnost se pojavljuje kod razni" materijala,uključujući i proste elemente poput kalaja i aluminijuma,razne metalne legure i neke visoko dopirane (poluprovodnici sa dodanim necistocama(dopandima npr dopirani polikristal silicijuma se koriti kao zamjena za metale!! i odre%ena keramička jedinjenja koja sadr3e mali stepen atoma bakra i kiseonika.+ruga vrsta jedinjenja poznata kao kuprati , su visokotemperaturni superprovodnici.Super provodnost se ne pojavljuje kod plemeniti metala kao &to su zlato i srebro,niti kod ;eromagnetni" metala kao gvo3%e(mada gvo3%e mo3e biti superprovodnik ako se podvrgne vrlo visokim pritisku! +anas je poznato $/ "emijski elemenata koji su superprovodni u uobičajenom obliku, a jos *1 elemenata je superprovodno u posebnim uslovima(visoka t,p! oriste se u akceleratorima čestica,ure%ajima nuklearne magnetne rezonance(pojačavaju jasnoću detalja na slikama!,Klebdećim vozilimaK,u tele;onskim i televizijskim stanicama (za pojačavanje signala i pretvaranje digitalni" signala u analogne!