Staň sa študentom FMFI UK v Bratislave

Už v priebehu 19. storočia bolo známe, že so znižujúcou sa teplotou klesá aj elek- trický odpor kovov. Až rozvoj kryogénnej techniky umožňujúcej dosahovať veľmi nízke teploty, nakoniec umožnil experi- mentálne overiť rôzne špekulatívne úvahy o fyzikálnych dejoch prebiehajúcich v okolí nízkych teplôt blízkych k absolútnej nule (0 Kelvinov = - 273°C). Holanďan Heike Kamerlingh Onnes v roku 1911, tri roky po tom, ako sa mu podarilo skvapalniť hélium, meral elektrický odpor rôznych kovov pri nízkej teplote. Pri experimentoch s ortuťou zistil, že pri teplote blízkej absolutnej nule 4,22 K odpor náhle klesol na nemerateľ- ne malú hodnotu. Za objav tohoto fyzikálneho javu, nazvaného supravodivosť, dostal v roku 1913 Nobelovu cenu. Druhý dôležitý objav urobili v roku 1933 Walter Meissner a R. Ochsenfeld, keď zistili, že supravodiče sa zároveň pod kritickou teplotou stávajú diamagnetikami. Teda látkami, ktoré reagujú na vonkajšie magnetické pole tak, že ho vo svojom vnútri zoslabujú. Supravodiče svoje vlastnosti strácajú a vracajú sa do normál- neho stavu nielen zvyšovaním teploty ale aj naložením vysokého magnetického poľa, ktoré „pretlačí“ ich diamagnetizmus. OBJAV Vodiče veľmi dobre vedú elektrický prúd. Využíva sa pritom schopnosť elektrónov voľne sa pohybovať medzi atómami kovovej mriežky. Elektróny sú v kryštalickej mriežke viazané na svoje ató- my relatívne slabou väzbou. Preto sa môžu voľne presúvať, preskakovať medzi jednotlivý- mi atómami. Ak však na vodič naložíme elektrické napätie, každý elektrón je elektric- kou silou trochu posunutý k susednému atómu. A tak hoci sa každý elektrón pohne len v malom priestore k susedovi, vo výsledku medzi konca- mi vodiča tečie rýchly tok elektrických častíc - elektrický prúd. Rýchlosť akou sa šíri je väčšia ako polovica rýchlosti svetla. Každý vodič pri izbovej teplote predsa len kladie toku prúdu odpor. Schopnosť pohybu elektrónov v mriežke je totiž ovplyvnená jej hustotou, nečistotami ako aj priro- dzeným kmitaním mriežky závislým od teploty. Zároveň čím je väčší prierez vodiča (S) viac elektrónov „vedľa seba“ je schopných viesť prúd, odpor vodiča sa preto s veľkosťou jeho prierezu znižuje. Nao- pak, čím je vodič dlhší (l), tým viac prekážok vplýva na pohyb elektrónu mriežkou. Dĺžka vodiča tak jeho odpor zvyšuje. Tieto závislosti popisuje rovnica R = ρ l / S SUPRAVODIVOSŤ Látky schopné viesť elektrický prúd sa nazývajú vodiče . Typický predstavitelia sú kovy, pričom medzi dobré vodiče patria meď, hliník, striebro, či zlato. Zlými vodičmi prúdu sú nikelin, či konštantán. Ostatné látky sú buď izolanty alebo polovodiče . Istými osobitnými vlastnosťami z hľadiska vodivosti elektric- kého prúdu sa vyznačujú ešte elektrolyty. SUPRAVODIVOSŤ Nulový odpor vodičov sa nazýva supravodivosť. Ide o schopnosť viesť elektrický prúd bez strát. Supravodivý stav sa v supra- vodičoch vyskytuje len ak je splnená podmienka, že teplota supravodiča je nižšia ako kritická teplota. Jej hodnota závisí od štruktúry supravodiča, a preto ju môžeme ovplyvňovať štruktúrnym zložením mate- riálu: jeho čistotou, ale aj jeho hrúbkou, či tlakom. Pomerne vysokú a teda do- siahnuteľnú kritickú teplotu u ortuti dosiahol H. K. Onnes jej opakovaným čistením a destiláciou. Jej hodnota je 4,22Kelvinov (-269°C). U dobrých vodičov, ako je zlato či platina nebola supravodivosť zistená ani pri teplote 40 μK. Supravodivosť Onnes objavil aj u olova a cínu a niobu. Nízke teploty sa dosahujú v chladiacich zariadeniach pomo- cou skvapalnených plynov. Veľmi nízke teploty, héliové teploty (od 0,2 do 4,2 K) sa zís- kavajú kvapalným héliom. Jeho nevýhodou je, že je drahý. Preto sa supravodivosť bežne okolo nás nevyskytuje a je potrebné veľké úsilie aby sme ju dosiahli. Čo sa však stane ak sa teplota vodiča bude znižovať? Bude sa odpor znižovať tiež? Môže aj vymiznúť? Môže byť odpor nulový? V zásade ÁNO. Voláme to supravodivosť. Skúmaním supravodivosti sa venujú aj fyzici na Katedre experimentálnej fyziky na Fakulte Matematiky, Fyziky a Informatiky Univerzity Komenského v Bratislave. Pre ich prínos v tejto oblasti sú uznávaní aj v zahraničí. Odpor vodiča