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Supraleitung |
| allgemeines |
Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand
beim Unterschreiten einer Sprungtemperatur auf null abfällt. |
| Sprungtemperatur Tc |
Vom Material des Supraleiters abhängig. |
| metallische Supraleiter |
| Substanz |
Sprungtemperatur in |
| K |
°C |
| Wolfram |
0,012 |
-273,139 |
| Gallium |
1,091 |
-272,059 |
| Aluminium |
1,14 |
-272,01 |
| Quecksilber |
4,153 |
-268,997 |
| Tantal |
4,483 |
-268,667 |
| Blei |
7,193 |
-265,957 |
| Niob |
9,25 |
-263,9 |
| AuPb |
7,0 |
-266,15 |
| Technetium |
7,5 |
-265,7 |
| MoN |
12,0 |
-261,15 |
| PbMo6S8 |
15 |
-258,15 |
| K3C60 |
19 |
-254,15 |
| Nb3Ge |
23 |
-250,15 |
| MgB2 |
39 |
-234,15 |
| Nb3Sn |
18 |
|
|
| normaler Leiter |
Wegenihrer abstoßenden Ladung bewegen die Elektronen sich einzeln durch den Leiter. |
Im Strom kollidieren die Elektronen mit Fehlstellen oder Defekten im Material. |
Dadurch werden sie gebremst und die Energie geht in Form von Wärme verloren. |
| Cooper-Paaren |
In einem Supraleiter entsteht eine anziehende Kraft zwischen den negativ geladenen Elektronen. |
Als Ursache werden Gitterschwingungen oder magnetische Anregungen im Material vermutet. |
Dadurch verbinden sich zwei Elektronen zu so genannten Cooper-Paaren. |
| Diese weisen wegen eines quantenmechanischen Effekts ein kollektives Verhalten auf. |
Dadurch nehmen die Elektronenpaare die lokalen Defekte nicht mehr wahr und bewegen sich widerstandslos fort. |
| Meißner-Ochsenfeld-Effekt |
Bei Supraleitung werden Magnetfelder verdrängt, so dass das
Innere des Materials feldfrei ist. |
Dieser Effekt lässt eine supraleitende Probe schweben. |
| Magnetfeld |
Die Sprungtemperatur sinkt in einem externen Magnetfeld ab. |
Bei der kritischen Feldstärke Hc wird die Sprungtemperatur o°K. |
Bei > 30 Tesla verlieren Cuprate ihre Supraleitung: Quench, der elektrische Widerstand schnellt in die Höhe. |
| Bei geringerer Feldstärke dringt das Feld nur etwa 100 nm weit
in das Material ein. |
Diese dünne Schicht trägt die Abschirm- und Leitungsströme. |
Tiefere Schichten sind feld- und stromfrei. |
| Supraleiter 2. Art |
haben zwei kritische Feldstärken: eine für beginnendes
Eindringen des Feldes, eine tiefere für das Zusammenbrechen der Supraleitung. |
| Technische Anwendung |
Erzeugung starker Magnetfelder für Beschleuniger,
Medizintechnik, Levitation, Mess- und Energietechnik. |