Nadprzewodnik kontra doskonały przewodnik
Nadprzewodniki i doskonałe przewodniki to dwa powszechnie używane terminy w elektronice. Te dwa zjawiska są zwykle błędnie rozumiane jako jedno. W tym artykule spróbujemy usunąć nieporozumienie, przedstawiając podobieństwa i różnice między nadprzewodnikiem a doskonałym przewodnikiem.
Co to jest idealny przewodnik?
Przewodnictwo materiału jest bezpośrednio związane z opornością materiału. Rezystancja jest podstawową właściwością w dziedzinie elektryczności i elektroniki. Opór w definicji jakościowej mówi nam, jak trudno jest przepływać prąd elektryczny. W sensie ilościowym rezystancję między dwoma punktami można zdefiniować jako różnicę napięcia, która jest wymagana do przyjęcia prądu jednostkowego przez określone dwa punkty. Opór elektryczny jest odwrotnością przewodnictwa elektrycznego. Rezystancja obiektu jest definiowana jako stosunek napięcia na obiekcie do przepływającego przez niego prądu. Opór w przewodniku zależy od ilości wolnych elektronów w ośrodku. Rezystancja półprzewodnika zależy głównie od liczby użytych atomów domieszkujących (stężenia zanieczyszczeń). Rezystancja, jaką system wykazuje przy prądzie przemiennym, jest inna niż przy prądzie stałym. Dlatego wprowadzono pojęcie impedancji, aby znacznie ułatwić obliczenia rezystancji prądu przemiennego. Prawo Ohma jest najbardziej wpływowym prawem, gdy omawiany jest opór tematu. Stwierdza, że dla danej temperatury stosunek napięcia w dwóch punktach do prądu przepływającego przez te punkty jest stały. Ta stała jest znana jako opór między tymi dwoma punktami. Rezystancja jest mierzona w omach. Idealny przewodnik to materiał o zerowej rezystancji w każdych warunkach. Idealny przewodnik nie wymaga żadnego czynnika zewnętrznego, aby utrzymać idealną przewodność. Idealna przewodność to sytuacja koncepcyjna, która jest czasami używana w celu ułatwienia obliczeń i projektów, w których rezystywność jest pomijalna.
Co to jest nadprzewodnik?
Nadprzewodnictwo zostało odkryte przez Heike Kamerlingh Onnes w 1911 roku. Jest to zjawisko polegające na dokładnie zerowej rezystywności, gdy materiał znajduje się w określonej temperaturze charakterystycznej. Nadprzewodnictwo można zaobserwować tylko w niektórych materiałach. Teoretycznie, jeśli materiał jest nadprzewodzący, pole magnetyczne nie może być obecne w materiale. Można to zaobserwować na przykładzie efektu Meissnera, który polega na całkowitym wyrzuceniu linii pola magnetycznego z wnętrza materiału, gdy materiał przechodzi w stan nadprzewodnictwa. Nadprzewodnictwo jest zjawiskiem mechaniki kwantowej i do wyjaśnienia stanu nadprzewodnika potrzebna jest wiedza z zakresu mechaniki kwantowej. Temperatura progowa nadprzewodnika nazywana jest temperaturą krytyczną. Gdy temperatura materiału spada powyżej temperatury krytycznej, rezystancja materiału gwałtownie spada do zera. Temperatury krytyczne nadprzewodników są zwykle poniżej 10 kelwinów. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe, które odkryto niedawno, mogą mieć krytyczne temperatury sięgające 130 kelwinów lub więcej.
Jaka jest różnica między nadprzewodnikiem a doskonałym przewodnikiem?
• Nadprzewodnictwo to zjawisko występujące w rzeczywistości, a doskonałe przewodnictwo to założenie ułatwiające obliczenia.
• Idealne przewodniki mogą mieć dowolną temperaturę, ale nadprzewodniki istnieją tylko poniżej krytycznej temperatury materiału.
