Čo je supravodivosť?

Supravodivosť je skvelá časť fyziky, ktorá má využitie v mnohých faktoroch nášho života. Ak by vedci dokázali objaviť supravodič izbovej teploty a tlaku, znamenalo by to revolúciu v technológii. Žiaľ, ukázalo sa, že je to veľmi náročná úloha a nemusí byť vôbec možné.

Čo je supravodivosť?

Elektrický vodič je materiál, ktorý môže viesť elektrický prúd. Každý materiál má svoj vlastný elektrický odpor, ktorý je mierou jeho odporu voči toku elektrického prúdu. Materiál s vysokým odporom je zlý vodič a naopak.

Supravodivosť je fyzikálny jav, pri ktorom má materiál nulový elektrický odpor. V tomto stave existuje množstvo zaujímavých a užitočných efektov. Supravodič bez odporu znamená, že ním môže prechádzať elektrický prúd bez straty energie alebo bez toho, aby sa zahrial. To môže umožniť dokonale efektívny prenos a skladovanie energie.

Supravodiče môžu tiež vytvárať mimoriadne silné magnety, príklady toho možno nájsť v prístrojoch MRI a v urýchľovačoch častíc. Experimenty ukázali, že elektrické prúdy v týchto magnetoch môžu pretrvávať roky bez akéhokoľvek merateľného poklesu sily. Výskum naznačuje, že prúd by bol stabilný najmenej 100 000 rokov, pričom niektoré odhady predpovedajú, že prúd by bol schopný pretrvávať dlhšie, ako je odhadovaná životnosť vesmíru.

Keď sú supravodiče umiestnené nad magnetom, vytvárajú rovnaké magnetické pole, ktoré odpudzuje magnet. To umožňuje supravodičom dokonale levitovať nad alebo pod magnetom alebo dokonca pozdĺž dráhy magnetov.

Požiadavky na supravodivosť

Materiál začne supravodivý až pod určitou teplotou, kde jeho elektrický odpor náhle klesne na nulu. Bohužiaľ, všetky známe supravodiče sa stávajú supravodivými až pri extrémne nízkych teplotách. „Vysokoteplotný“ supravodič je definovaný ako materiál, ktorý sa chová ako supravodič nad teplotou kvapalného dusíka (73 K alebo -200 °C). Presná teplota, pri ktorej elektrický odpor materiálu klesne na nulu, sa nazýva „kritická teplota“.

Tip: Obzvlášť chladné prvky fyziky sa vo všeobecnosti merajú v Kelvinoch (K). Jeden Kelvin sa rovná jednému stupňu Celzia, ale stupnica Kelvina začína na absolútnej nule alebo -273,15 °C.

Supravodič s najvyššou teplotou objavený v roku 2020 je Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127, ktorý má kritickú teplotu 138 K alebo -135 °C pri tlaku jednej atmosféry.

Teplota nie je jediným dôležitým faktorom supravodivosti, v mnohých supravodičoch hrá úlohu aj tlak. Sírovodík (H2S) má kritickú teplotu len 203 K (-70 °C) a dekahydrid lantánu (LAH10) má kritickú teplotu 250 K (-23 °C). Bohužiaľ, tieto materiály musia mať neuveriteľne vysoký tlak, aby sa stali supravodivými, pričom H2S potrebuje 986 923 atmosfér tlaku a LaH10 potrebuje 1 677 770 atmosfér.

Tip: Tlak na tejto stupnici sa všeobecne meria v GPa alebo Giga-pascaloch, pričom čísla sú 100 GPa a 170 GPa. Aby bola táto hodnota zrozumiteľnejšia, bola prevedená na atmosféry. Jedna atmosféra tlaku je priemerný tlak vzduchu na úrovni mora na Zemi. Pre porovnanie, tlak v najhlbšom bode zemských oceánov, Challenger Deep v priekope Mariana, je 1 071 atmosfér v hĺbke 10 994 metrov pod hladinou mora.

Potenciálne budúce využitie supravodičov pri izbovej teplote

Termín „supravodič pri izbovej teplote“ sa používa na označenie potenciálnych budúcich materiálov, ktoré vykazujú supravodivosť pri teplotách nad 273 K alebo 0 °C. Aby sa tieto materiály stali obzvlášť užitočnými v reálnom svete, museli by byť tiež supravodivé pri tlaku jednej atmosféry alebo blízko nej.

Supravodič pri izbovej teplote by pomohol znížiť svetové energetické problémy tým, že by takmer eliminoval stratu elektrickej energie pri prenose na veľké vzdialenosti cez elektrické vedenia. Umožnili by tiež rýchlejšie počítače a pamäťové zariadenia spolu s citlivejšími vedeckými senzormi. Bolo by oveľa lacnejšie prevádzkovať super silné magnety používané v zariadeniach, ako sú urýchľovače častíc, prístroje MRI, prototypy reaktorov jadrovej fúzie a vlaky maglev, pretože magnety by nevyžadovali tekutý dusík na dostatočné chladenie supravodiča, aby fungovali.