Применение криопроводников
Криопроводники (или гиперпроводники) – это металлы, обладающие весьма низким электрическим сопротивлением при низких температурах, но выше критических температур сверхпроводников. Это температуры жидкого водорода (20,4 К), жидкого неона (27,3 К) и жидкого азота (77,4 К), при которых электрическое сопротивление криопроводников резко уменьшается. Объясняется это резким снижением интенсивности колебания кристаллической решёки, что уменьшает рассеяние электронов, составляющих ток в металлических проводниках. Степень рассеяния электронов в этом случае будет определяться только частицами примесей, содержащихся в металлическом криопроводнике. Поэтому в качестве криопроводников применяют проводниковые металлы высокой химической чистоты: особо чистые медь (Сu 99,99 %), алюминий (Al 99,999 %), серебро (Ag 99,99 %) и бериллий (Be 99,95 %). Эти криопроводники применяют в отожжёном (мягком) состоянии, что повышает их проводимость [6]. Таблица 2.3 - Сверхпроводящие оксиды
Физическая сущность криопроводимости несходна с физической сущностью явления сверхпроводимости. Криопроводимость – частный случай нормальной электропроводности металлов в условиях криогенных температур. Весьма малое, но всё же конечное значение ρ криопроводииков ограничивает допустимую плотность тока в них, хотя эта плотноcть может быть все же гораздо выше, чем в обычных металлических проводниках при нормальной или повышенной температуре. Криопроводники, у которых при изменении температуры в широком диапазоне ρ меняется плавно, без скачков, не могут использоваться в устройствах, действие которых основано на триггерном эффекте возникновения и нарушения сверхпроводимости (например, в сверхпроводниковых запоминающих устройствах). Не обнаруживаются при криопроводимости и другие, специфические для сверхпроводников явления, такие, как эффект Мейснера – Оксенфельда [1,5].
Рисунок 2.9 – Схема, показывающая рост температуры сверхпроводящего перехода ТС высокотемпературных сверхпроводников в период с 1911 по 1989 год Применение криопроводников вместо сверхпроводников в электрических машинах, аппаратах и других электротехнических устройствах может иметь свои преимущества. Использование в качестве хладагента жидкого водорода или жидкого азота (вместо жидкого гелия, который имеет температуру кипения 4,2 К и который значительно дороже других хладагентов) упрощает и удешевляет выполнение тепловой изоляции устройства и уменьшает расход мощности на охлаждение. Кроме того, в сверхпроводящем контуре с большим током накапливается большое количество энергии магнитного поля, равное LI2/2 (L –индуктивность, Гн; I – ток, А). При случайном повышении температуры или магнитной индукции свыше значений, соответствующих переходу сверхпроводника в нормальное состояние хотя бы в малой части сверхпроводящего контура, сверхпроводимость будет нарушена, что приведёт к внезапному освобождению большого количества энергии. Для криопроводящей цепи такой опасности нет, так как повышение температуры может повлечь за собой лишь постепенное, плавное увеличение сопротивления контура. В качестве криопроводникового материала практический интерес представляют собой алюминий (при температуре жидкого водорода) и бериллий (при температуре жидкого азота). Проблема выбора оптимального криопроподникового материала с точки зрения технико-экономических показателей сводится при этом к следующему: применить легкодоступный и дешёвый алюминий и получить наименьшее возможное для криопроводника значение удельного сопротивления, но при этом нельзя не учитывать взрывоопасность водородно-воздушной смеси; или же применить более дорогой, дефицитный, сложный в технологическом отношении бериллий, но зато использовать в качестве хладагента более дешёвый и легкодоступный жидкий азот и тем самым уменьшить затраты мощности на охлаждение. Криопроводники применяют в основном для изготовления токопроводящих жил кабелей и проводов. Обмотки электрических машин, трансформаторов и электрических аппаратов, изготовленных из криопроводников и работающих при криогенных температурах, допускают большие плотности тока и обладают малыми потерями. Это позволяет значительно уменьшить габаритные размеры и массу электрических машин и аппаратов (в криогенном исполнении) и существенно повысить их.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2287)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |