Supraleitung Lukas Legenstein 16 01 2017 Eigenschaften der

Supraleitung -Lukas Legenstein, 16. 01. 2017

Eigenschaften der Supraleitung • Thermodynamische, reversible Zustandsänderung • Bei Unterschreitung kritischer Temperatur sprunghafter Übergang in supraleitenden Zustand • Kein elektrischer Widerstand, Ströme fließen ungehindert • Abstoßung von Magnetfeldern aus dem Inneren des Supraleiters • Quantenmechanischer Effekt (u. a. Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie und Meissner-Ochsenfeld-Effekt)

Supraleitende Stoffe • Metalle wie z. B. Quecksilber bei 4, 153 K oder Aluminium bei 0, 012 K • Metallverbindungen wie z. B. Magnesiumborid bei 39 K • Keramiken wie z. B. die Gruppe der Cuprate • Organische Verbindungen wie z. B. dotierte Fullerene • Eisenpniktide

Kategorien von Supraleitern Man unterscheidet: • Nieder- und Hochtemperatur Supraleiter • Hochtemperatur Supraleiter haben Sprungtemperaturen über dem Siedepunkt von Stickstoff (~77 K) • Niedertemperatur Supraleiter müssen meist mit Flüssig-Helium gekühlt werden. • Supraleiter 1. Art und 2. Art

Supraleiter 1. Art • Sprunghafte Abnahme des elekt. Widerstandes wird durch die Bardeen-Cooper-Schrieffer-Theorie beschrieben. • Elektronen bilden bosonische Cooper-Paare • Die bosonischen Paare stellen einen makroskopischen Quantenzustand dar, der ihnen als Fermionen verwehrt bleibt • Das unterdrückt die Energieabgabe an das Kristallgitter in dem sie delokalisiert vorliegen. • Der Meissner-Ochsenfeld-Effekt beschreibt das Abstoßen von externen Magnetfeldern

Meissner-Ochsenfeld-Effekt •

Supraleiter 2. Art • Abnahme des elekt. Widerstandes nicht vollständig erklärt. • Die Bildung von Cooper-Paaren trägt einen Teil dazu bei • Unterhalb einer kritischen mag. Flussdichte 1 verhält sich der Supraleiter wie einer 1. Art. • Bei Überschreitung entsteht eine Misch-Phase aus normal- und supraleitenden Gebieten im Festkörper • Wird eine zweite kritische Flussdichte 2 überschritten, ist der Festkörper nicht mehr supraleitend

Phasen Diagramm eines Supraleiters

Anwendung in der Wissenschaft • Strahlenlenker im Large-Hadron-Collider in CERN • Magnetische Plasma-Fallen in TOKAMAK Kernfusions-Anlagen • In hochwertigen Massenspektrographen

Kupferspulen mit Niob-Titan Füllung wie sie in CERN Anwendung finden

Realisierbare zivile Anwendusmöglichkeiten • Magnet-Resonanz-Tomographie • Supraleitende • Magnetfelder von 1 T bis zu 7 T • Kühlung mit Flüssig-Helium • Magnetschwebebahn • Supraleitende Spulen • Geschwindigkeiten von bis zu 600 km/h • Kühlung mit Flüssig-Helium bzw. mit Flüssig. Stickstoff

Geplante Anwendungsmöglichkeiten • Widerstandsfreie Übertragung hoher Ströme • Verlustarme Transformatoren • Leichtere und kompaktere Elektromotoren und Generatoren • Supraleitende Magnetische Energiespeicher • Rapid Single Flux Quantum - Elektronik

3 -Phasenstrom-Kabel mit Hochtemperatur-Supraleitern, wie es seit 2014 in Essen als Versuchsprojekt im Einsatz ist.

Video: Miniatur Magnet Schwebebahn der TU Zürich

Danke für eure Aufmerksamkeit!