Supraleiter
Ein Supraleiter ist ein Stoff, der Elektrizität ohne Widerstand leitet, wenn er kälter als eine "kritische Temperatur" wird. Bei dieser Temperatur können sich die Elektronen frei durch das Material bewegen. Supraleiter unterscheiden sich von gewöhnlichen Leitern, sogar von sehr guten Leitern. Gewöhnliche Leiter verlieren ihren Widerstand langsam, wenn sie kälter werden. Im Gegensatz dazu verlieren Supraleiter ihren Widerstand auf einmal. Dies ist ein Beispiel für einen Phasenübergang. Hohe Magnetfelder zerstören die Supraleitung und stellen den normalen Leitungszustand wieder her.
Normalerweise erzeugt ein Magnet, der sich durch einen Leiter bewegt, durch elektromagnetische Induktion Ströme in dem Leiter. Aber ein Supraleiter verdrängt Magnetfelder tatsächlich vollständig durch die Induktion von Oberflächenströmen. Anstatt das Magnetfeld durchzulassen, wirkt der Supraleiter wie ein in die entgegengesetzte Richtung weisender Magnet, der den eigentlichen Magneten abstößt. Dies nennt man den Meißner-Effekt, und er lässt sich nachweisen, indem man einen Supraleiter über Magneten schweben lässt oder umgekehrt.
Ein Magnet, der über einem Hochtemperatursupraleiter schwebt und mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Auf der Oberfläche des Supraleiters fließt anhaltender elektrischer Strom. Dies schließt das Magnetfeld des Magneten aus (Faradaysches Induktionsgesetz). Tatsächlich bildet der Strom einen Elektromagneten, der den Magneten abstößt.
Geschichte der Supraleiter
| 1911 | Supraleitung entdeckt von Heike Kamerlingh Onnes |
| 1933 | der von Walter Meissner und Robert Ochsenfeld entdeckte Meissner-Effekt |
| 1957 | theoretische Erklärung für Supraleitung von John Bardeen, Leon Cooper und John Schrieffer (BCS-Theorie) |
| 1962 | das Tunneln von supraleitenden Cooper-Paaren durch eine isolierende Barriere vorhergesagt |
| 1986 | Ein keramischer Supraleiter wurde von Alex Müller und Georg Bednorz entdeckt. Keramiken sind normalerweise Isolatoren. Eine Lanthan-, Barium-, Kupfer- und Sauerstoffverbindung mit einer kritischen Temperatur von 30K. Eröffnete die Möglichkeiten für neue Supraleiter. |
Bewerbungen
- Supraleitendes Quanteninterferometer (SQUID)
- Teilchenbeschleuniger
- Kleine Teilchenbeschleuniger im Gesundheitswesen
- Schwebende Züge
- Kernfusion
- MRI-Scanner
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Supraleiter?
A: Ein Supraleiter ist eine Substanz, die Elektrizität ohne Widerstand leitet, wenn sie kälter als eine "kritische Temperatur" wird. Bei dieser Temperatur können sich die Elektronen frei durch das Material bewegen.
F: Wie unterscheidet sich ein Supraleiter von einem gewöhnlichen Leiter?
A: Gewöhnliche Leiter verlieren langsam ihren Widerstand (werden leitfähiger), wenn sie kälter werden. Im Gegensatz dazu verlieren Supraleiter ihren Widerstand auf einmal. Dies ist ein Beispiel für einen Phasenübergang.
F: Was sind einige Beispiele für Supraleiter?
A: Einige Beispiele für Supraleiter sind die Metalle Quecksilber und Blei, Keramiken und organische Kohlenstoffnanoröhren.
F: Wie wirkt sich ein Magnet aus, der sich durch einen Leiter bewegt?
A: Normalerweise erzeugt ein Magnet, der sich durch einen Leiter bewegt, durch elektromagnetische Induktion Ströme in dem Leiter. Aber ein Supraleiter verdrängt die Magnetfelder vollständig, indem er Oberflächenströme induziert.
F: Was ist der Meissner-Effekt?
A: Der Meissner-Effekt entsteht, wenn der Supraleiter das Magnetfeld nicht durchlässt, sondern sich wie ein Magnet verhält, der in die entgegengesetzte Richtung zeigt und den echten Magneten abstößt. Dies kann demonstriert werden, indem man einen Supraleiter über Magneten schweben lässt oder umgekehrt.
F: Zerstören oder verstärken hohe Magnetfelder die Supraleitung?
A: Hohe Magnetfelder zerstören die Supraleitung und stellen den normalen leitenden Zustand wieder her.
