Как мы сказали в прошлый раз, Большой Адронный коллайдер сам по себе, даже без всяких сенсационных экспериментальных результатов, полон квантовых чудес. И одно из них – его магниты, управляющие движением пучков заряженных частиц. Они сделаны из сверхпроводника — квантового побратима сверхтекучей жидкости.
При температурах, близких к нулю Кельвин, многие металлы теряют всякое сопротивление к электрическому току. И здесь не просто постепенное уменьшение сопротивления, но резкое падение при некоторой температуре. Эта температура своя для каждого металла, и достижение ее «спускает с цепи» весьма внушительный феномен.
Для начала скажем, что совсем немного энергии нужно для того, чтобы в сверхпроводнике поддерживать огромные токи. А это означает – и генерировать с помощью этих токов мощные магнитные поля. Из-за чего сверхпроводящих электромагнитов, собственно, и понаставили вокруг Большого Адронного коллайдера. И в точности, как сверхтекучая жидкость, если ей придать вращательное движение, будет крутиться до бесконечности, — также и электрический ток в сверхпроводящей цепи никогда не затухнет. Это и делает сверхпроводники идеальным материалом для транспортировки энергии, а также и для ее хранения.
Те кабели, которые используются для передачи электроэнергии в жилые дома, теряют до 10 процентов энергии в виде тепла, из-за их электрического сопротивления. Сверхпроводящие кабели не потеряют ничего.
Создание запаса энергии в сверхпроводниках может стать еще более привлекательной перспективой. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечный свет, ветер или энергия волн производят энергию с непредсказуемой скоростью. Если бы сверхпроводники использовались для хранения избытка энергии этих источников, который возникает в периоды малого потребления, с тем, чтобы отдавать ее, когда потребление возросло, а производство энергии упало, — мировая энергетическая проблема была бы куда ближе к разрешению.
И человечество уже заставило сверхпроводники на себя работать: в Китае и Японии экспериментальные поезда используют еще одно их свойство: эффект Мейснера.
Отпустите кусок сверхпроводника над магнитом, и он зависнет над ним, а вовсе не упадет. Происходит это из-за того, что магнит индуцирует токи в движущемся сверхпроводнике, которые, в свою очередь, создают свое собственное магнитное поле, взаимодействующее с магнитом. Направлено это индуцированное магнитное поле, как определил в свое время наш знаменитый соотечественник Эмилий Христианович Ленц, всегда так, чтобы противодействовать порождающей его причине, — в данном случае движению сверхпроводника в первичном поле магнита. Иными словами, сверхпроводник отталкивается от магнита, когда мы пытаемся его к нему приблизить, и наоборот притягивает к себе магнит, когда мы пытаемся их разнести подальше.

Словом, поставьте на сверхпроводник поезд, — и вот вам левитирующее, свободное от трения транспортное средство. Подобные левитирующие поезда не используют металлические сверхпроводники, поддержание которых при температуре в несколько Кельвин слишком дорого. Вместо этого применяется керамика, могущая быть сверхпроводящей при более высоких температурах, — и для охлаждения которой достаточно сравнительно дешевого жидкого азота, а не жидкого гелия, как в случае металлов.
Но хватит на сегодня квантовых чудес. Разговор о причинах низкотемпературных сверхтекучести и сверхпроводимости отложим до следующего раза.

GD Star Rating
loading...
Квантовые суперштуки: сверхпроводящий электромагнит, 10.0 out of 10 based on 3 ratings

Добавить комментарий