• �to su supravodi�i i �emu slu�e? (Alen iz Samobora)

  • 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