Основное различие между проводником и сверхпроводником состоит в том, что сверхпроводник имеет нулевое электрическое сопротивление при достижении им критической температуры, в то время как проводники имеют некоторое постоянное сопротивление, даже когда его температура близка ка абсолютному нулю. Сверхпроводник на самом деле является проводником особого типа, который достигает сверхпроводимости только тогда, когда его температура опускается ниже критической температуры.
Электрический проводник — это тип материала, который позволяет электрическому току течь через него. Проводники и сверхпроводники представляют собой два типа электрических проводников. Они отличаются друг от друга по своей проводимости.
Содержание
- Обзор и основные отличия
- Что такое Проводник
- Что такое Сверхпроводник
- В чем разница между Проводником и Сверхпроводником
- Заключение
Что такое Проводник?
В электротехнике и электронике проводник — это материал, который проводит электричество, т.е. позволяет протекать заряду, иначе известному как электрический ток. Наиболее распространенные электрические проводники изготавливаются из металлов, например меди, алюминия, серебра и золота. Такие материалы допускают протекание тока из-за присутствия свободного электрона или ионов, которые начинают двигаться при приложении разности потенциалов.
Большинство проводников — это металлы, а большинство металлов — проводники, но некоторые металлы лучше, чем другие. Медь и алюминий являются отличными проводниками для изготовления проводов из-за их высокой проводимости (низкого удельного сопротивления). Кроме того, металлы, такие как медь, алюминий очень податливы, и они могут быть легко сформованы в провода.
На атомном уровне проводники слабо противостоят электрическому току. Из-за этого для генерации свободных электронов требуется меньше энергии, что означает, что число электронов в их валентной оболочке обычно меньше четырех (они являются донорами электронов). Это означает, что материалы в левой части периодической таблицы элементов являются металлами, а те дополнительные электроны, которые делают их металлами, позволяют передавать электричество с небольшой потерей энергии.
Что такое Сверхпроводник?
Сверхпроводники — это материалы, у которых при понижении температуры до критической (Tc) значение удельного сопротивления материала равно нулю. Если в материале сверхпроводника появляется ток, он будет сохраняться в нём вечно, даже при отсутствии электрического поля.
В обычном проводнике удельное сопротивление увеличивается с ростом температуры, поэтому при понижении температуры удельное сопротивление уменьшается. У сверхпроводника есть конечное значение удельного сопротивления и оно наступает при критической температуре (Tc) близкой к абсолютному нулю. Сверхпроводимость впервые была обнаружена в 1911 году у ртути. Эти свойства ртуть имеет при температуре около −270 °C (это температура соответствует 4,1 Кельвинам). Уменьшение удельного сопротивления сверхпроводника происходит резко. У ртути при −270 °C удельное сопротивление внезапно становится равным нулю и ртуть становится сверхпроводником. В настоящее время обнаружены некоторые керамические материалы, которые являются сверхпроводниками при относительно высокой температуре, составляющей почти 90K.
Лучшими проводниками при комнатной температуре, являются такие материалы как золото и медь, но они вообще не имеют никакой сверхпроводимости. Эти материалы имеют один слабосвязанный электрон, который способствует проводимости. В сверхпроводниках происходит движение высококоррелированных пар электронов. Обычно, электроны не образуют пар, требуется особое обстоятельство для сверхпроводника, чтобы два электрона стали сильно взаимодействовать с кристаллической решеткой и друг с другом. Тогда как в обычном проводнике электроны слабо взаимодействуют с кристаллической решеткой.
Есть два типа сверхпроводников как I рода и II рода. Материалы сверхпроводника I рода являются проводниками при комнатной температуре и становятся сверхпроводниками при охлаждении ниже их Tc. Сверхпроводники I рода в состоянии сверхпроводимости, имеют свойство выталкивать магнитный поток. Материалы II рода не являются хорошими проводниками при комнатной температуре. Они резко превращаются в сверхпроводники при охлаждении. Сверхпроводники II рода имеют свойство в виде пропускания магнитного потока в виде квантованных вихрей.
Примеры сверхпроводников:
- К сверхпроводникам I рода, обычно, относятся простые вещества, например Алюминий (Tc=1,18), Цинк (Tc=0,88), Ртуть (Tc=4,1), Свинец (Tc=7,26);
- К сверхпроводникам II рода, как правило, относятся соединения, например NbTi (ниобий-титан)
В чем разница между Проводником и Сверхпроводником?
| Проводник | Сверхпроводник |
| Это материал, который позволяет передавать электрический заряд | Это проводник с нулевым электрическим сопротивлением и вытесняющий магнитное поле при понижении его температуры до критической |
| Удельное электрическое сопротивление | |
| Обычные проводники имеют некоторое сопротивление, которое зависит от его длины, ширины и свойств материала | Сверхпроводники не имеют электрического сопротивления ниже критической температуры |
| Потеря энергии | |
| Из-за сопротивления проводник теряет энергию в виде тепла | В сверхпроводниках нет потери энергии |
| Текущее хранилище | |
| Ток в проводнике затухает при отключении его от электричества | Ток в сверхпроводнике продолжает течь даже после удаления источника электричества |
| Магнитное поле | |
| Силовые силовые линии магнитного поля проходят внутри проводника | Сверхпроводник вытесняет магнитное поле изнутри |
| Квантовая блокировка или левитация | |
| У простого проводника нет таких свойств | Квантовая блокировка — это состояние, в котором сверхпроводник остается заблокированным (зависшим) в магнитном поле |
| Накопление энергии | |
| Проводник не может накапливать энергию из-за своего сопротивления и он рассеивает энергию | Сверхпроводник не рассеивает энергию, поэтому может накапливать энергию |
| Передача энергии | |
| Проводники, при передаче энерги, рассеивают её часть на тепло | Сверхпроводник может передавать энергию без каких-либо потерь |
| Рабочая температура | |
| Проводники почти без измененеий могут работать в широком диапазоне температур | Сверхпроводник достигают свойств сверхпроводимости при понижении до критической температуры |
| Ограничение по передаваемому току | |
| Проводники имеют определенные номинальные значения тока, и они не могут выдерживать неограниченно большой ток | Сверхпроводники могут выдерживать бесконечную силу тока, но его температура должна быть ниже критической температуры |
| Применение | |
| Проводники используются в кабелях для передачи электрического тока | Сверхпроводники на сегодняшний день не имеют эффективного применения из-за необходимости поддержания очень низкой температуры, но они произведут революцию в нашей жизни, как только получится эффективно поддерживать их критическую температуру |
Заключение — Проводник против Сверхпроводника
Проводники и сверхпроводники представляют собой два типа электрических проводников. Они отличаются друг от друга по свойствам своей проводимости. Ключевое различие между проводником и сверхпроводником состоит в том, что Сверхпроводник при понижении температуры до критической не имеет сопротивления, тогда как обычный проводник имеет некоторое постоянное сопротивление, даже когда его температура близка ка абсолютному нулю.
