Явлення надпровідності металів – практичної відсутності електроопору при протіканні електричного струму – дозволяє значно збільшити ефективність передачі електроенергії, особливо на значні відстані. Складність завдання у тому, що цього потрібно реалізація наднизьких температур. При цьому не обійтися без порівняно дешевого та ефективного каталізатора аналізованого явища, яким є рідкий азот азот.
Історія розвитку та вдосконалення процесів надпровідності
При значній номенклатурі речовин, придатних для надпровідності – на сьогоднішній день їх налічується кілька десятків – є дуже обмежене коло газів, здатних активізувати цей процес.
Перші досліди з надпровідності були проведені ще в 1893 фізиком Камерлінг-Оннесом, причому голландець у своїх дослідах для охолодження провідників використовував рідкий гелій. Використання такого екзотичного газу було пов’язано з тим, що сам автор спочатку застосував рідкий гелій як засіб вивчення залежності електроопору від температури. У ході експериментів з’ясувалося, що наднизькі температури взагалі забезпечують нульовий електроопір ртуті, олова, свинцю та інших металів.
У міру вивчення процесів надпровідності було встановлено, що застосування рідкого гелію не дуже зручно, оскільки цей газ у земних умовах у помітних кількостях отримувати досить складно. До того ж сама надпровідність забезпечувалася при температурах лише близько -2700С. Таким чином, для виробництва та подальшого зрідження гелію були потрібні гігантські енерговитрати, несумірні з подальшим зниженням електричних втрат у ланцюзі.
Невтомна робота фахівців у галузі кріогеніки призвела до того, що вже наприкінці ХХ століття були відкриті так звані високотемпературні надпровідники, що забезпечують необхідний ефект при набагато вищих температурах. Наприклад, деякі сплави на основі ніобію, германію, міді, і навіть ряду оксиднокерамічних речовин виявили властивість надпровідності вже при -1960С. Оскільки в такому стані можуть перебувати вже значно більше речовин, то і впровадження високотемпературних провідників у практику виявилося значно доступнішим. На перше місце серед охолодних середовищ вийшов рідкий азот, температура зрідження якого становить всього -195,750С.
Як застосовується рідкий азот у процесах надпровідності
Порівняно з рідким гелієм зріджений азот має такі переваги:
1. Значно меншою вартістю (приблизно у 800 разів дешевше).
2. Найменшою складністю транспортування газу до споживача.
3. Простішою і, отже, надійною конструкцією ємностей, у яких виконується перевезення.
4. Позитивними особливостями деяких теплофізичних характеристик рідкого азоту: зокрема, його питома теплота пароутворення, порівняно з гелієм, значно вища, тому для охолодження однієї і тієї ж маси надпровідника потрібно значно більший обсяг рідкого гелію.
5. Зменшенням складності та вартості необхідної для виробництва рідкого азоту кріогенної апаратури.
Зрозуміло, що наукові розробки у цій галузі продовжуються. Тому не виключено, що клас надпровідників поповнюватиметься все новими та новими речовинами. Стратегічна мета досліджень – отримання надпровідників за умов кімнатних температур.
Найбільшого практичного застосування отримав метод використання рідкого азоту за способом Мейснера. Рідкий азот (до речі, досить безпечний у застосуванні: його, наприклад, можна зберігати у звичайному скляному термосі з відкритою колбою) обережно наливається у неглибокі кювети, виготовлені з будь-якого, інертного до низьких температур матеріалу. Надпровідник розміщують над кюветою з рідким азотом. Відсутність реакції на магнітне поле призведе до так званої левітації надпровідника, за якого він зависає над ємністю. Включивши надпровідник у замкнутий електричний ланцюг, можна спостерігати наявність у ній електричного струму, зі значенням, що падає лише при нагріванні надпровідника, тобто. випаровування рідкого азоту. Ефект надпровідності збільшується, якщо надпровідник розміщувати у парах рідкого азоту.
Для стандартної судини Дьюара ємністю 40 л, яка повністю заповнена рідким азотом, надпровідність забезпечуватиметься протягом кількох годин (тривалість процесу визначається формою надпровідника).
Цікаві факти практичного застосування надпровідності з використанням рідкого азоту:
• Надпровідники, що охолоджуються за допомогою зрідженого азоту, використовуються як магнітна підвіска експериментальних швидкісних поїздів, при цьому їх швидкість досягає вже 450…500 км/год;
• Охолодження надтонкої кераміки зрідженим азотом призводить до повної перебудови її кристалічної структури, при цьому передача електричного струму проводиться не безперервно, а порціями з так званою квантовою частотою;
• У Південній Кореї будується перша у світі струмопровідна мережа на надпровідниках, що охолоджуються рідким азотом. Ця лінія, протяжністю близько 20 км, поєднуватиме столицю країни – Сеул – з одним із її передмість. Очікується підвищення потужності передачі електрики в 800 разів за тих же діаметрів поперечного перерізу провідника;
• Найбільшу ефективність при надпровідності з використанням рідкого азота виявляє трикомпонентний склад, що включає ітрій, барій і оксид міді.
Компанія «DP Air Gas», будучи провідним виробником зріджених газів по всій території СНД, забезпечує виробництво, зберігання та транспортування продукції у будь-який географічний пункт, зазначений у договорі. Всі ємності та автотранспорт підприємства сертифіковані та регулярно проходять висококваліфіковану перевірку на відповідність нормам перевезення та зберігання зріджених речовин під тиском.
Продукція від DP Air Gas постійно затребувана фармацевтичною, харчовою, газовою промисловістю та іншими галузями, оскільки відрізняється високою стабільністю параметрів, а терміни поставки за договором виконуються з необхідною точністю.
