Ez a blogbejegyzés azt vizsgálja, hogyan kezelik a szupravezetők az energiaveszteség problémáit, és milyen változásokat hozhatnak a társadalmunkba és a technológiába.
A modern tudomány azt állítja, hogy az energia az egész univerzumban megmarad. Az emberiség számára hasznos energia azonban gyakran haszontalan energiává alakul. A mindennapi életben nem minden energiát használnak fel az emberek a munkavégzés során. Ez azért van, mert az energia egy része a tárgyak ellenállása miatt hőenergiává alakul. Ez egy termodinamikailag spontán jelenség, míg a hőenergia más energiaformákká való átalakulása nem spontán jelenség. Más szóval, az emberek által hasznosnak érzékelt energia egy része minden felhasználáskor kárba vész. Ez a természetes energiapazarlás mélyrehatóan befolyásolja életünk minden aspektusát. Következésképpen az emberiség régóta keresi a módját az energiaveszteség csökkentésének és az energia hatékonyabb felhasználásának.
Szóval, mi lenne, ha létezne egy olyan anyag, amely megakadályozhatná ezt a pazarlást? Konkrétan az elektromos energia esetében létezik ilyen anyag – egy olyan, amely kiküszöböli az energiaveszteséget. Ez az anyag egy szupravezető. A szupravezető egy olyan vezető, amely egy adott hőmérséklet (az úgynevezett kritikus hőmérséklet) alatt szupravezetést mutat. A szupravezetés az a jelenség, amikor egy anyag elektromos ellenállása nullára csökken, és az anyag diamágnesessé válik. A diamágnesesség az a jelenség, amikor egy anyag taszítja a belső mágneses mezőt. Ha egy tárgy diamágneses tulajdonságokkal rendelkezik, a mágneses mező nem tud behatolni a belsejébe. A szupravezetőket I. és II. típusú szupravezetőkre osztják. Az I. típusú szupravezető teljesen megakadályozza, hogy bármilyen mágneses mező behatoljon a belsejébe. A II. típusú szupravezető átengedi valamilyen mágneses mezőt a belsejébe. Más szóval, a II. típusú szupravezető olyan anyag, amely megőrzi a szupravezetést anélkül, hogy tökéletes diamágnesességet mutatna. Az I. típusú szupravezetők többnyire tiszta anyagok, míg a II. típusú szupravezetők általában szintetikus anyagok, amelyeket szükség szerint állítanak elő. A szupravezetőket alkalmazó legtöbb technológia II. típusú szupravezetőket alkalmaz.
Hogyan fedezték fel a szupravezetőket? Sok más felfedezéshez hasonlóan a szupravezetés felfedezése is véletlenül történt. 1911-ben Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus kísérleteket végzett a szilárd higany hőmérséklete és elektromos ellenállása közötti összefüggésről. Heike Kamerlingh Onnes felfedezte, hogy a higany ellenállása lineárisan csökken a hőmérséklettel, ahogy a hőmérséklet csökken. Amikor azonban a higany hőmérséklete elérte a 4.2 K-et, az ellenállás hirtelen nullára csökkent. Ez a felfedezés nagy sokkot okozott az akkori fizikus közösségben, és új megértést indított el a rendkívül alacsony hőmérsékleten lejátszódó fizikai jelenségekről.
A szupravezetés első megfigyelését követően, 1933-ban Fritz Walther Meißner és Robert Ochsenfeld felfedezték, hogy az I. típusú szupravezetők diamágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez a felfedezés megalapozta a szupravezetők mélyebb megértését. Eredményük fordulópontot jelentett a szupravezetéssel kapcsolatos kutatásokban, és aktív vizsgálatot indított a szupravezetők lehetséges kereskedelmi alkalmazásaival kapcsolatban. Ezt követően, 1950-ben Lev Landau és Vitalij Ginzburg publikált egy elméletet, amely elmagyarázza a szupravezetők tulajdonságait. Alekszej Abrikosov ezen elmélet alapján azt jósolta, hogy a szupravezetőket két típusba sorolják. 1962-ben fejlesztették ki az első kereskedelmi forgalomban kapható szupravezetőt. Azóta a mérnökök szobahőmérsékleten szupravezetést mutató szupravezetők fejlesztésére törekszenek.
Az I. típusú szupravezetők tulajdonságaik miatt szinte lehetetlenek kereskedelmi forgalomban. Ezzel szemben a II. típusú szupravezetőket számos területen alkalmazzák. A szupravezető alkalmazások reprezentatív példája a szupravezető elektromágnes. Az elektromágnes olyan mágnes, amely csak akkor mágneseződik, ha elektromos áram folyik át rajta. Az elektromágneseket hangszórókban és hasonló eszközökben használják. Egy nulla ellenállású szupravezető használata elektromágnes előállításához megakadályozhatja az energiapazarlást működés közben. A szupravezetőket áramkörökben is használják. A szupravezetőket használó áramkörök gyorsabban működnek, mint a szupravezetők nélküliek. A gyorsabb áramköri működés nemcsak lerövidíti a kísérleti időt az áramkör használatakor, hanem lehetővé teszi gyorsabb elektronikus eszközök fejlesztését is.
Ha sikerül egy szobahőmérsékleten szupravezető képességet mutató szupravezetőt kifejleszteni, az anyag számos területen felhasználható, például távvezetékekben, kondenzátorokban, transzformátorokban, mágneses lebegtető vonatokban és motorokban. A szupravezető vezetékek kiküszöbölik az elektromos energiaveszteséget az energiaátvitel során. A szükségtelen energiaveszteség kiküszöbölése azt jelenti, hogy kevesebb energiát kell termelni, ami megakadályozza az erőforrás-pazarlást.
A szupravezetőket használó maglev vonatok ultragyorsan tudnak haladni. Ez hozzájárul majd a közlekedés fejlődéséhez. A mérnökök jelenleg 52 K-re emelték a szupravezetők kritikus hőmérsékletét, és a kutatás folytatódik. A Heike Kamerlingh Onnes által véletlenül felfedezett szupravezető jelentős nyomot hagyott a tudomány történetében az energiaválsággal küzdő modern társadalom számára is.
A szupravezetők felfedezése óta mélyrehatóan befolyásolták nemcsak a fizikát, hanem számos más területet is, mint például az elektrotechnika és az anyagtudomány. A szupravezetők már nem pusztán a fizikai érdekesség tárgyai; fontos technológiai eszközökké váltak, amelyek gyakorlati alkalmazási potenciállal rendelkeznek. Sőt, nagy potenciállal rendelkeznek a társadalmi fejlődéshez való jelentős hozzájárulás terén. A mai világban, ahol a korlátozott erőforrások felelőtlen felhasználása problémás, a szobahőmérsékleten használható szupravezetők fejlesztése kulcsfontosságúnak tekinthető. Ha a mérnökök olyan anyagokat fejlesztenek ki, amelyek szobahőmérsékleten szupravezetést mutatnak, az emberiség újabb lépést tesz előre az evolúciójában. Ahogy a szupravezetők kereskedelmi alkalmazásai bővülnek, hatékonyabb és fenntarthatóbb módon tudjuk majd felhasználni az energiát. Ez kulcsfontosságú szerepet fog játszani az emberiség előtt álló számos probléma megoldásában, különösen az energiával és a környezettel kapcsolatos problémák megoldásában.
