Ovaj blog post istražuje kako supravodiči rješavaju probleme gubitka energije i kakve promjene bi mogli donijeti našem društvu i tehnologiji.
Moderna znanost tvrdi da se energija očuvava u cijelom svemiru. Međutim, energija korisna čovječanstvu često se pretvara u beskorisnu energiju. U svakodnevnom životu, ne koristi se sva energija koju ljudi koriste pri obavljanju rada zapravo za taj rad. To je zato što se dio energije pretvara u toplinsku energiju zbog otpora objekata. To je termodinamički spontana pojava, dok je pretvorba toplinske energije u druge oblike energije nespontana pojava. Drugim riječima, dio energije koju ljudi doživljavaju kao korisnu gubi se svaki put kada se koristi. Ovo prirodno rasipanje energije duboko utječe na svaki aspekt našeg života. Posljedično, čovječanstvo već dugo traži načine za smanjenje gubitka energije i učinkovitije korištenje energije.
Što ako postoji materijal koji bi mogao spriječiti taj gubitak? Što se tiče električne energije, takav materijal postoji - onaj koji eliminira gubitak energije. Taj materijal je supravodič. Supravodič je vodič koji pokazuje supravodljivost ispod određene temperature (nazvane kritična temperatura). Supravodljivost je fenomen u kojem električni otpor materijala pada na nulu i materijal postaje dijamagnetski. Dijamagnetizam je fenomen u kojem materijal odbija unutarnje magnetsko polje. Ako objekt posjeduje dijamagnetska svojstva, magnetsko polje ne može prodrijeti u njegovu unutrašnjost. Supravodiči se klasificiraju u supravodiče tipa I i tipa II. Supravodič tipa I je onaj koji potpuno sprječava prodiranje bilo kojeg magnetskog polja u njegovu unutrašnjost. Supravodič tipa II je onaj koji dopušta da neko magnetsko polje prodre u njegovu unutrašnjost. Drugim riječima, supravodič tipa II je materijal koji održava supravodljivost bez pokazivanja savršenog dijamagnetizma. Supravodiči tipa I su uglavnom čiste tvari, dok su supravodiči tipa II općenito sintetski materijali stvoreni po potrebi. Većina tehnologija koje koriste supravodiče koriste supravodiče tipa II.
Kako su otkriveni supravodiči? Kao i mnoga druga otkrića, otkriće supravodljivosti dogodilo se slučajno. Godine 1911. nizozemska fizičarka Heike Kamerlingh Onnes provela je eksperimente o odnosu između temperature čvrste žive i njezinog električnog otpora. Heike Kamerlingh Onnes otkrila je da se otpor žive linearno smanjuje s temperaturom kako temperatura pada. Međutim, kada je temperatura žive dosegla 4.2 K, otpor je iznenada pao na nulu. Ovo otkriće izazvalo je veliki šok u tadašnjoj fizikalnoj zajednici i potaknulo novo razumijevanje fizičkih pojava koje se događaju na ekstremno niskim temperaturama.
Nakon prvog opažanja supravodljivosti, 1933. godine, Fritz Walther Meißner i Robert Ochsenfeld otkrili su da supravodiči tipa I pokazuju dijamagnetska svojstva. Ovo otkriće pružilo je temelj za dublje razumijevanje supravodiča. Njihovo otkriće označilo je veliku prekretnicu u istraživanju supravodljivosti i potaknulo aktivno istraživanje potencijalnih komercijalnih primjena supravodiča. Nakon toga, 1950. godine, Lev Landau i Vitalij Ginzburg objavili su teoriju koja objašnjava svojstva supravodiča. Aleksej Abrikosov predvidio je, na temelju ove teorije, da će se supravodiči klasificirati u dvije vrste. Godine 1962. razvijen je prvi komercijalni supravodič. Od tada inženjeri nastoje razviti supravodiče koji pokazuju supravodljivost na sobnoj temperaturi.
Supravodiče tipa I gotovo je nemoguće komercijalno primijeniti zbog njihovih svojstava. Nasuprot tome, supravodiči tipa II primjenjuju se u raznim područjima. Reprezentativni primjer primjene supravodiča je supravodljivi elektromagnet. Elektromagnet je magnet koji se magnetizira samo kada kroz njega teče električna struja. Elektromagneti se koriste u zvučnicima i sličnim uređajima. Korištenje supravodiča, koji ima nulti otpor, za izradu elektromagneta može spriječiti gubitak energije tijekom njegovog rada. Supravodiči se također koriste u krugovima. Krugovi koji koriste supravodiče rade brže od onih bez njih. Brži rad kruga ne samo da skraćuje eksperimentalno vrijeme pri korištenju kruga, već i omogućuje razvoj bržih elektroničkih uređaja.
Ako se razvije supravodič koji pokazuje supravodljivost na sobnoj temperaturi, taj bi se materijal mogao koristiti u raznim područjima kao što su dalekovodi, kondenzatori, transformatori, vlakovi s magnetskom levitacijom i motori. Supravodljive žice eliminiraju gubitak električne energije tijekom prijenosa energije. Uklanjanje nepotrebnog gubitka energije znači da je potrebno generirati manje energije, čime se sprječava rasipanje resursa.
Maglev vlakovi koji koriste supravodiče mogu putovati ultra velikim brzinama. To će doprinijeti napretku prometa. Trenutno su inženjeri podigli kritičnu temperaturu supravodiča na 52 K, a istraživanja se nastavljaju. Supravodič, koji je slučajno otkrila Heike Kamerlingh Onnes, ostavio je značajan trag u povijesti znanosti za moderno društvo koje se suočava s energetskim krizama.
Od otkrića supravodiča, oni su duboko utjecali ne samo na fiziku već i na različita područja poput elektrotehnike i znanosti o materijalima. Supravodiči više nisu samo predmeti fizičke znatiželje; postali su važni tehnološki alati s praktičnim potencijalom primjene. Štoviše, pokazuju veliki potencijal da značajno doprinesu društvenom razvoju. U današnjem svijetu, gdje je nepromišljeno korištenje ograničenih resursa problematično, razvoj supravodiča upotrebljivih na sobnoj temperaturi smatra se ključnim. Ako inženjeri razviju materijale koji pokazuju supravodljivost na sobnoj temperaturi, čovječanstvo će napraviti još jedan korak naprijed u svojoj evoluciji. Kako se komercijalna primjena supravodiča širi, moći ćemo koristiti energiju na učinkovitije i održivije načine. To će igrati ključnu ulogu u rješavanju mnogih problema s kojima se čovječanstvo suočava, posebno onih vezanih uz energiju i okoliš.
