Supravodi�i su materijali koji vode elektri�nu struju bez da
pokazuju elektri�ni otpor. Elektri�ni otpor je uzrok gubitka energije pri
protjecanju struje, pa stoga supravodi�i mogu slu�iti za savr�eno preno�enje
elektri�ne energije.
Na�alost, supravodljivost je pojava vezana uz niske temperature. Sve
do relativno nedavno najvi�a temperatura do koje je opa�ena supravodljivost
bila je oko -250oC. Dakle, da bi neki materijal postao supravodljiv trebalo
ga je hladiti teku�im helijem, koji je vrlo skup i neprakti�an. U �vicarskoj
je 1986. godine sintetiziran prvi tzv. visokotemperaturni supravodi�, �to je
po�etkom 90tih godina rezultiralo time da u jednom dosta kompliciranom spoju
supravodljivost postoji na temperaturama ni�im od -140oC. Taj se napredak na
prvi pogled �ini malim, ali je ustvari va�an. Naime, takve je materijale
dovoljno hladiti teku�im du�ikom, koji je vrlo jeftin i stabilan.
Ipak, visokotemperaturni supravodi�i jo� uvijek nisu do�ivjeli
zna�ajniju primjenu. Prvi je razlog u njihovoj slaboj kovnosti, �to zna�i da
je te�ko oblikovati ih u �ice. Drugi je razlog u tome �to su supravodljivi
samo ako struje kroz njih nisu prevelike. U svim supravodi�ima vrlo jake
struje uni�tavaju supravodljivost, ali su visokotemperaturni supravodi�i na
to vrlo osjetljivi.
Supravodi�i se primjenjuju u sferi visoke tehnologije . Na primjer,
od njih se rade vrhunski elektromagneti. Elektromagnet koji ima zavojnicu od
nekog uobi�ajenog materijala, npr. bakra, grije se ako se kroz njega propu�ta
struja, pa su gubici energije veliki. S druge strane, postoje supravodi�i
koji su prili�no neosjetljivi na jake struje. Kroz njih se mo�e propustiti
oko 10-20 puta ve�e struje, i to bez grijanja, pa stoga daju i 10-20 puta
ja�a magnetska polja. Naravno, supravodi� se ne grije, jer mu je elektri�ni
otpor nula. Danas su supravodljivi magneti standardni u svim primjenama gdje
su potrebna jaka magnetska polja. Postignut je i odre�eni uspjeh u
proizvodnji elektromagneta iz �ica visokotemperaturnih supravodi�a.
Zanimljivo je da kad supravodi�om jednom potekne struja, ona �e
te�i "do vje�nosti", bez da je potreban strujni izvor - jer nema nikakvog
gubitka energije. Ako materijal nije supravodljiv, elektri�ni otpor uzrokuje
stalne gubitke energije, pa da bi se odr�ala struja stalne vrijednosti
energija mora biti dobavljena iz strujnog izvora.
Znanstvenici su bili mjerili struju kroz jednu supravodljivu petlju
bez strujnog izvora, i bili na�li da se struja nije bila promijenila
petnaest godina. Onda im je bilo dosadilo mjeriti, jer se o�ito nije ni�ta
mijenjalo, pa su prekinuli pokus i zaklju�ili da je protok struje kroz
supravodi� zaista savr�en.
Sljede�e va�no svojstvo supravodi�a je da oni odbijaju magnetsko
polje, to jest pona�aju se kao savr�eni dijamagneti. Pokus koji to pokazuje
nije te�ko na�initi, te se na predavanjima iz fizike na fakultetima �esto
pokazuje studentima. Potrebno je u neku zdjelicu staviti mali magnet, naliti
teku�eg du�ika, i iznad magneta staviti tableticu na�injenu od nekog od
visokotemperaturnih supravodi�a. Pare teku�eg du�ika ohladit �e tableticu
na -196oC, �to je dovoljno da se u njoj pojavi supravodljivost. Kako
supravodi� odbija magnetsko polje, tabletica �e lebdjeti iznad magneta.
To se svojstvo koristi kod tzv. "levitiraju�ih vlakova", koji
postoje u Japanu. Ti vlakovi doslovce lebde iznad tra�nica. Kad se takav
vlak giba, ne dolazi do trenja, koje se uvijek javlja kad su dva materijala
(kota� i tra�nica) u kontaktu. Trenje je izvor grijanja. Ono rezultira
gubitkom energije, ali i ograni�ava brzinu vlakova zbog opasnosti za
materijal od kojeg su na�injeni kota�i. U slu�aju levitiraju�ih vlakova
trenja nema, pa se vlakovi gibaju br�e i s manje gubitaka. Nezgodno je
jedino �to se pritom koriste supravodi�i hla�eni teku�im helijem, pa su
takvi vlakovi jako skupi te ih zbog toga malo ima.
Nadalje, supravodi�i se koriste za izradu najosjetljivijeg
poznatog instrumenta za mjerenje magnetskih polja (SQUID - superconducting
quantum interference device). Ti su ure�aji tako osjetljivi da mogu mjeriti
magnetska polja nastala aktivno��u mozga.
Tako�er, naprave bazirane na supravodi�ima predstavljaju neke od
najosjetljivijih detektora koje tehnologija poznaje. Na primjer, njima se
mjere pozadinska elektromagnetska zra�enja svemira, �to ne bi bilo mogu�e
upotrebom detektora koji rade na drugim principima.
Supravodi�i se donekle koriste i u elektronici, dodu�e manje
nego poluvodi�i i obi�ni metali. Ipak, u zadnje dvije-tri godine aktualna je
tema mogu�nosti izgradnje tzv. "kvantnog kompjutera", koji bi radio
vi�estruko br�e od bilo kojeg danas poznatog ra�unala. Jedna od mogu�ih
realizacija takvog ure�aja je predvi�ena uz upotrebu supravodi�a. Teorijski
se predvi�a da bi prvi kvantni kompjuter mo�da mogao biti izgra�en za
dvadesetak godina.
Odgovorio:
dr.sc. Dinko Babi�, PMF