Ce este un supraconductor și de ce poate schimba lumea?

S-ar putea să fi întâlnit cel mai recent cuvânt de interes la televizor, la radio sau în materialele tale de lectură: descoperirea de către un grup de cercetători sud-coreeni a unui material supraconductor cu proprietăți excepționale și inovatoare. Dar ce este exact un supraconductor și de ce ar putea avea potențialul de a revoluționa lumea?

Pentru început, este esențial să înțelegem că un supraconductor este o substanță capabilă să conducă electricitatea. Orice material care oferă o rezistență minimă la fluxul de sarcină electrică se încadrează în categoria conductoarelor. De obicei, ne bazăm pe materiale precum aurul, argintul, aluminiul, staniul sau cuprul ca conductori primari ai curentului electric, printre altele.

Provocarea constă în expresia „oferă rezistență minimă”. Acest lucru indică faptul că o parte din electricitatea care trece prin aceste materiale conductoare se disipează sub formă de căldură. În ceea ce privește rezistența, argintul conduce pachetul ca conductor cu cea mai mică rezistență, urmat de aur și cupru.

supraconductor

Ce este un supraconductor?

Un supraconductor este un material care posedă capacitatea unică de a conduce un curent electric fără nicio rezistență, ceea ce duce la pierderi de energie zero. Această proprietate remarcabilă a fost descoperită pentru prima dată de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes în 1911.

Spre deosebire de conductorii „normali”, supraconductorii prezintă rezistență electrică zero. Aceasta înseamnă că curentul electric poate trece printr-un material supraconductor la nesfârșit, fără a necesita o sursă de energie continuă. Această proprietate este asemănătoare cu feromagnetismul sau cu comportamentul magneților puri, care pot atrage elemente feroase fără a fi nevoie de inducție electrică.

Materialele supraconductoare pot fi clasificate în două tipuri principale:

1. Tip I: Aceste materiale nu permit ca un câmp magnetic extern să le pătrundă fără o cheltuială substanțială de energie. Ele pot suferi o tranziție bruscă la o stare nesupraconductoare dacă temperatura critică este depășită.

2. Tipul II: Cunoscuți și sub denumirea de „superconductori imperfecti”, aceste materiale permit câmpului magnetic să pătrundă prin canale denumite „vârtejuri Abrikosov” sau „fluxoni”.

O caracteristică interesantă a supraconductorilor este potențialul lor pentru proprietăți suplimentare, cum ar fi levitația. Această caracteristică deschide numeroase posibilități pentru aplicații practice și inovații care implică aceste materiale.

levitație magnetică supraconductoare

Principalele probleme ale supraconductorilor

În timp ce conceptul de supraconductori este foarte promițător, există provocări semnificative asociate cu aplicarea lor practică. Principalele probleme ale supraconductorilor includ:

Temperatura: Supraconductorii necesită, de obicei, temperaturi extrem de scăzute, variind de la aproximativ -100 °C la zero absolut (0 °K / -273.15 °C / -459.67 °F) pentru a-și prezenta proprietățile supraconductoare. Această limitare le face nepractice pentru multe aplicații de zi cu zi, deoarece menținerea unor astfel de temperaturi scăzute poate fi consumatoare de energie și costisitoare.

Presiune: Unii supraconductori care funcționează la temperaturi mai ridicate necesită presiuni extrem de mari pentru a funcționa eficient. Acest lucru poate fi un obstacol substanțial în calea utilizării lor practice, deoarece crearea și menținerea unor astfel de presiuni poate fi dificilă și costisitoare din punct de vedere tehnic. În unele cazuri, sunt necesare presiuni de aproximativ 100,000 de atmosfere terestre.

Cheltuieli: Dezvoltarea, fabricarea și utilizarea eficientă a supraconductorilor este un proces lent și costisitor. Materialele și tehnologiile implicate în cercetarea și aplicarea supraconductivității pot fi prohibitiv de costisitoare, împiedicând adoptarea lor pe scară largă.

Fără îndoială, provocările principale care trebuie abordate sunt cerințele de temperatură și presiune. Dezvoltarea supraconductoarelor care pot funcționa la temperaturi mai accesibile și în condiții atmosferice standard ar reduce semnificativ costurile și ar deschide o multitudine de aplicații potențiale în diverse industrii și medii. Depășirea acestor obstacole este esențială pentru a debloca întregul potențial al supraconductorilor în utilizarea practică, de zi cu zi.

Este LK-99 supraconductorul suprem?

Principalele provocări cu care se confruntă supraconductorii constă în cerințele de temperatură și presiune de funcționare ale acestora. În urma acestor obstacole, accentul se mută către dezvoltarea metodelor de producție în masă și reducerea costurilor de producție.

Recent, o echipă de cercetători sud-coreeni a dezvăluit un candidat promițător cunoscut sub numele de supraconductor LK-99. Acest material este un compozit de lanarchit și minerale fosfurate de cupru.

Ceea ce îl deosebește pe LK-99 este proprietatea sa supraconductoare remarcabilă, care rămâne intactă la temperaturi de până la 127 °C și la presiunea atmosferică standard. În aceste condiții obișnuite, materialul prezintă rezistență zero și chiar demonstrează levitație magnetică. În mod uimitor, atingerea acestor proprietăți implică un proces de fabricație relativ simplu.

supraconductor lk-99

Cu toate acestea, un dezavantaj semnificativ este că la temperaturi ridicate, LK-99 poate avea dificultăți să transporte curenți electrici substanțiali. Această limitare ar putea pune provocări în diverse aplicații practice.

Numeroase echipe științifice din întreaga lume lucrează acum cu sârguință pentru a valida această descoperire revoluționară. Este important de reținut că orice descoperire semnificativă trebuie să fie supusă examinării altor grupuri de oameni de știință în condiții similare.

În prezent, datele disponibile par a fi consistente, iar simulările inițiale sugerează validitatea descoperirii. Cu toate acestea, este esențial pentru diferite grupuri de cercetare să sintetizeze și să testeze riguros materialul. În cazul în care proprietățile sale ar fi confirmate, acest lucru ar putea duce la un premiu Nobel instantaneu, așa cum a menționat un doctor în chimie organică de la Universitatea Duke din Carolina de Nord, SUA, în revista Science.

Concluzie

Supraconductorul LK-99 are potențialul de a revoluționa lumea noastră. Ar putea permite crearea de baterii perpetue, trenuri de mare viteză care levitează fără efort pe șinele lor și rețele electrice cu pierderi minime. În plus, poate aduce progrese semnificative în domenii precum medicina, energia nucleară și calculul cuantic, printre altele.