Što je supravodljivost?

Supervodljivost je super dio fizike koji se koristi u mnogim čimbenicima naših života. Kad bi znanstvenici uspjeli otkriti supravodič na sobnoj temperaturi i tlaku, to bi revolucioniralo tehnologiju. Nažalost, to se pokazalo kao vrlo težak zadatak i možda uopće nije moguć.

Što je supravodljivost?

Električni vodič je materijal koji može provoditi električnu energiju. Svaki materijal ima svoj vlastiti električni otpor koji je mjera njegove suprotnosti protoku električne struje. Materijal s visokim otporom je loš vodič i obrnuto.

Supervodljivost je fizički fenomen u kojem materijal nema električni otpor. U ovom stanju postoji niz zanimljivih i korisnih učinaka. Supervodič koji nema otpor znači da se električna struja može proći kroz njega bez gubitka energije ili zagrijavanja. To može omogućiti savršeno učinkovit prijenos i skladištenje energije.

Supervodiči također mogu stvoriti iznimno snažne magnete, primjeri toga mogu se naći u MRI strojevima i u akceleratorima čestica. Eksperimenti su pokazali da električne struje u tim magnetima mogu trajati godinama bez ikakvog mjerljivog smanjenja snage. Istraživanja sugeriraju da bi struja bila stabilna najmanje 100.000 godina, a neke procjene predviđaju da bi struja mogla postojati dulje od procijenjenog vijeka trajanja svemira.

Kada su postavljeni iznad magneta, supravodnici stvaraju jednako magnetsko polje koje odbija magnet. To omogućuje supravodnicima da savršeno levitiraju iznad ili ispod magneta ili čak duž staze magneta.

Zahtjevi za supravodljivost

Materijal počinje biti supravodljiv samo ispod određene temperature, gdje njegov električni otpor iznenada pada na nulu. Nažalost, svi poznati supravodiči postaju supravodljivi tek na ekstremno niskim temperaturama. “Visokotemperaturni” supravodič je definiran kao materijal koji se ponaša kao supravodič iznad temperature tekućeg dušika (73K ili -200°C). Točna temperatura pri kojoj električni otpor materijala pada na nulu naziva se "kritična temperatura".

Savjet: Osobito hladni elementi fizike općenito se mjere u Kelvinima (K). Jedan Kelvin je ekvivalentan jednom stupnju Celzijusa, ali Kelvinova ljestvica počinje na apsolutnoj nuli, odnosno -273,15°C.

Najviši otkriveni supravodič od 2020. je Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 koji ima kritičnu temperaturu od 138K ili -135°C na jednoj atmosferi tlaka.

Temperatura nije jedini važan čimbenik u supravodljivosti, tlak također igra ulogu u brojnim supravodičima. Sumporovodik (H2S) ima kritičnu temperaturu od samo 203K (-70°C), a dekahidrid lantana (LAH10) ima kritičnu temperaturu od 250K (-23°C). Nažalost, ovi materijali moraju biti pod nevjerojatno visokim tlakom da bi postali supravodljivi, pri čemu H2S treba 986.923 atmosfere tlaka, a LaH10 1.677.770 atmosfera.

Savjet: Tlak na ovoj ljestvici općenito se mjeri u GPa ili Giga-paskalima s brojevima od 100 GPa, odnosno 170 GPa. Kako bi ova vrijednost bila razumljivija, pretvorena je u atmosfere. Jedna atmosfera tlaka je prosječni tlak zraka na razini mora na Zemlji. Za usporedbu, tlak na najdubljoj točki Zemljinih oceana, Challenger Deep u Marijanskom rovu, iznosi 1.071 atmosferu na 10.994 metra ispod razine mora.

Potencijalna buduća upotreba supravodiča na sobnoj temperaturi

Izraz "supervodič na sobnoj temperaturi" koristi se za označavanje potencijalnih budućih materijala koji pokazuju supravodljivost na temperaturama iznad 273K ili 0°C. Da bi postali osobito korisni u stvarnom svijetu, ovi materijali također bi morali biti supravodljivi na ili blizu jedne atmosfere tlaka.

Supervodič na sobnoj temperaturi pomogao bi u smanjenju svjetskih energetskih problema gotovo eliminirajući električnu energiju izgubljenu tijekom prijenosa na velike udaljenosti preko dalekovoda. Također bi omogućili brža računala i memorijske uređaje za pohranu zajedno s osjetljivijim znanstvenim senzorima. Postalo bi puno jeftinije pokretati super jake magnete koji se koriste u uređajima kao što su akceleratori čestica, MRI strojevi, prototipovi nuklearnih fuzijskih reaktora i maglev vlakovi, budući da magneti ne bi zahtijevali tekući dušik da ohlade supravodič dovoljno za rad.