Was ist supraleiter?

Supraleitung

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das in bestimmten Materialien bei sehr tiefen Temperaturen auftritt und durch verschwindenden elektrischen Widerstand und das Verdrängen magnetischer Felder (Meißner-Ochsenfeld-Effekt) gekennzeichnet ist.

• Definition: Ein Supraleiter ist ein Material, das unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur (<a href="https://de.wikiwhat.page/kavramlar/kritische%20Temperatur">kritische Temperatur</a>, T_c) keinen elektrischen Widerstand aufweist.

• Eigenschaften:

  • Null Widerstand: Elektrischer Strom fließt ohne Spannungsverlust.
  • Meißner-Ochsenfeld-Effekt: Ein Supraleiter verdrängt Magnetfelder aus seinem Inneren, was zu Levitationseffekten führen kann.
  • Kritische Temperatur (T_c): Die Temperatur, unterhalb derer ein Material supraleitend wird.
  • Kritisches Magnetfeld (H_c): Die Stärke des Magnetfeldes, oberhalb derer die Supraleitung zerstört wird.
  • Kritische Stromdichte (J_c): Die maximale Stromdichte, die ein Supraleiter ohne Verlust der Supraleitung tragen kann.

• Typen von Supraleitern:

  • Typ-I-Supraleiter: Zeigen einen scharfen Übergang zum Normalzustand bei Überschreiten von T_c oder H_c. (z.B. Blei, Zinn, Quecksilber)
  • Typ-II-Supraleiter: Zeigen einen graduellen Übergang zum Normalzustand über einen Bereich von Magnetfeldstärken zwischen H_c1 und H_c2. (z.B. Niob-Titan, YBa₂Cu₃O₇)

• Theorien:

  • BCS-Theorie: Erklärt Supraleitung durch die Bildung von Cooper-Paaren, die sich kohärent durch das Kristallgitter bewegen. (<a href="https://de.wikiwhat.page/kavramlar/BCS-Theorie">BCS-Theorie</a>)
  • Ginzburg-Landau-Theorie: Eine phänomenologische Theorie, die Supraleitung beschreibt.

• Anwendungen:

  • Magnetresonanztomographie (MRT): Hochfeldmagnete für medizinische Bildgebung.
  • Teilchenbeschleuniger: Magneten zur Strahlführung.
  • SQUID-Magnetometer: Hochempfindliche Magnetfeldmessungen.
  • Verlustfreie Stromübertragung: Theoretisch möglich, aber noch nicht wirtschaftlich realisiert.
  • Supraleitende Elektronik: Schnelle und energieeffiziente Schaltkreise.

• Hochtemperatursupraleiter: Materialien, die bei relativ hohen Temperaturen (über 77 K, die Siedetemperatur von flüssigem Stickstoff) supraleitend werden. Diese Materialien sind meist komplexe Kupferoxide. (<a href="https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Hochtemperatursupraleiter">Hochtemperatursupraleiter</a>)

• Forschung: Die Forschung konzentriert sich auf die Entdeckung neuer Materialien mit höheren kritischen Temperaturen und die Entwicklung praktischer Anwendungen.