Co je supravodivost?

Supravodivost je skvělá část fyziky, která má využití v mnoha faktorech našeho života. Pokud by vědci dokázali objevit supravodič pokojové teploty a tlaku, znamenalo by to revoluci v technologii. Bohužel se to ukázalo jako velmi obtížný úkol a nemusí to být vůbec možné.

Co je supravodivost?

Elektrický vodič je materiál, který může vést elektrický proud. Každý materiál má svůj vlastní elektrický odpor, který je mírou jeho odporu vůči toku elektrického proudu. Materiál s vysokým odporem je špatný vodič a naopak.

Supravodivost je fyzikální jev, kdy materiál má nulový elektrický odpor. V tomto stavu existuje řada zajímavých a užitečných efektů. Supravodič, který nemá žádný odpor, znamená, že jím může procházet elektrický proud, aniž by došlo ke ztrátě energie nebo jeho zahřátí. To může umožnit dokonale efektivní přenos a skladování energie.

Supravodiče mohou také vytvářet výjimečně silné magnety, příklady toho lze nalézt na přístrojích MRI a v urychlovačích částic. Experimenty ukázaly, že elektrické proudy v těchto magnetech mohou přetrvávat roky bez jakéhokoli měřitelného poklesu síly. Výzkum naznačuje, že proud by byl stabilní po dobu nejméně 100 000 let, přičemž některé odhady předpovídají, že proud by byl schopen přetrvávat déle, než je odhadovaná životnost vesmíru.

Když jsou supravodiče umístěny nad magnetem, vytvářejí stejné magnetické pole, které magnet odpuzuje. To umožňuje supravodičům dokonale levitovat nad nebo pod magnetem nebo dokonce podél dráhy magnetů.

Požadavky na supravodivost

Materiál začíná supravodivý až pod určitou teplotou, kde jeho elektrický odpor náhle klesne na nulu. Bohužel všechny známé supravodiče se stávají supravodivými až při extrémně nízkých teplotách. „Vysokoteplotní“ supravodič je definován jako materiál, který se chová jako supravodič nad teplotou kapalného dusíku (73 K nebo -200 °C). Přesná teplota, při které elektrický odpor materiálu klesne na nulu, se nazývá „kritická teplota“.

Tip: Zvláště chladné prvky fyziky se obecně měří v Kelvinech (K). Jeden Kelvin je ekvivalentní jednomu stupni Celsia, ale Kelvinova stupnice začíná na absolutní nule, neboli -273,15 °C.

Supravodič s nejvyšší teplotou objevený od roku 2020 je Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, který má kritickou teplotu 138 K nebo -135 °C při tlaku jedné atmosféry.

Teplota není jediným důležitým faktorem supravodivosti, u řady supravodičů hraje roli také tlak. Sirovodík (H2S) má kritickou teplotu pouze 203 K (-70 °C) a dekahydrid lanthanu (LAH10) má kritickou teplotu 250 K (-23 °C). Bohužel tyto materiály musí mít neuvěřitelně vysoký tlak, aby se staly supravodivými, přičemž H2S potřebuje 986 923 atmosfér tlaku a LaH10 potřebuje 1 677 770 atmosfér.

Tip: Tlak na této stupnici se obecně měří v GPa nebo Giga-pascalech, přičemž čísla jsou 100 GPa a 170 GPa. Aby byla tato hodnota srozumitelnější, byla převedena na atmosféry. Jedna atmosféra tlaku je průměrný tlak vzduchu na hladině moře na Zemi. Pro srovnání, tlak v nejhlubším bodě pozemských oceánů, Challenger Deep v příkopu Mariana, je 1 071 atmosfér ve výšce 10 994 metrů pod hladinou moře.

Potenciální budoucí využití supravodičů při pokojové teplotě

Termín „supravodič pokojové teploty“ se používá k označení potenciálních budoucích materiálů, které vykazují supravodivost při teplotách nad 273 K nebo 0 °C. Aby se staly zvláště užitečnými v reálném světě, musely by být tyto materiály také supravodivé při tlaku jedné atmosféry nebo blízko ní.

Supravodič při pokojové teplotě by pomohl snížit světové energetické problémy tím, že by téměř odstranil ztrátu elektrické energie při přenosu na dlouhé vzdálenosti přes elektrické vedení. Umožnily by také rychlejší počítače a paměťová zařízení spolu s citlivějšími vědeckými senzory. Bylo by mnohem levnější provozovat super silné magnety používané v zařízeních, jako jsou urychlovače částic, MRI stroje, prototypy jaderných fúzních reaktorů a vlaky maglev, protože magnety by nevyžadovaly kapalný dusík, aby dostatečně chladily supravodič, aby fungoval.