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Supraleiter
Die Temperatur Tc, unterhalb der die Supraleitung einsetzt, heißt Sprungtemperatur oder kritische Temperatur. Ihr Wert ist materialabhängig und kann durch (von außen anliegende) Magnetfelder gesenkt werden. Sie sinkt beim so genannten kritischen Magnetfeld Hc(0) bei Typ-I-Supraleitern bzw. Hc2(0) bei Typ-II-Supraleitern bis auf nahezu Null Kelvin.
Es handelt sich beim Übergang zur Supraleitung im Nullfeld um einen kontinuierlichen Phasenübergang.
Mit der Supraleitung geht der Meißner-Ochsenfeld-Effekt einher, wonach Magnetfelder bis zu einer bestimmten Stärke aus dem Leiter verdrängt werden. Aufgrund des verschwindenden Widerstandes kann sich im Inneren eines Supraleiters bis zu einer kritischen Feldstärke kein Magnetfeld ausbilden. Ein von außen angelegtes Magnetfeld induziert einen Kreisstrom, der im Inneren des Supraleiters ein entgegengesetztes Feld aufbaut, welches das äußere kompensiert. Aufgrund des nicht vorhandenen elektrischen Widerstandes wird der Kreisstrom nicht mehr schwächer, das Magnetfeld bleibt erhalten. Durch den Effekt kann eine kleine supraleitende Probe im Magnetfeld zum Schweben gebracht werden.
Die Supraleitung ermöglicht es, die von einem hohen Strom durchflossenen Feldspulen in sich zu schließen, woraufhin der Strom im Prinzip unendlich lange verlustfrei in der Spule erhalten bleiben kann. Zum Laden der in sich geschlossenen Spule wird ein kurzes Teilstück der Spule über die Sprungtemperatur geheizt. Dadurch wird die Spule geöffnet und kann über Zuleitungen geladen werden. Wenn die gewünschte Stromstärke erreicht ist, wird der Heizer abgeschaltet. Die Spule ist dadurch wieder in sich geschlossen. Bei dauerhaftem Betrieb können die elektrischen Anschlüsse nach dem Laden der Spulen mechanisch entfernt und der Behälter der Spule verschlossen werden. Zur Erhaltung des Feldes ist dann nur ein regelmäßiges Nachfüllen der Kühlmedien Helium und Stickstoff erforderlich. Ein gutes Beispiel hierfür bietet ein NMR-Gerät.
Energietransport und Umwandlung
Bei Supraleitern zweiter Art zum Transport höherer elektrischer Ströme besteht die Schwierigkeit, dass diese Materialien beim Übergang in den Normalzustand nicht wie die Metalle zu normalen, guten elektrischen Leitern werden, sondern – in guter Näherung – zu Isolatoren. Wenn ein solcher stromführender Supraleiter in den Normalzustand wechselt (zum Beispiel durch Überschreiten der maximalen Stromdichte), so wird der durch die Leitungsinduktivität kurz weiterfließende Strom das Material nach dem Jouleschen Gesetz erhitzen, was bis zur vollständigen Zerstörung des Supraleiters führen kann. Daher ist es notwendig, solche Materialien , beispielweise als mikroskopisch dünne Fäden, in einen normalen Leiter einzubetten. Die Schwierigkeit, aus diesen keramikartigen Materialien dünne Fäden zu ziehen, ist eines der Haupthindernisse für den Einsatz bei höheren Stromstärken.
Da unter Verwendung hoher Spannungen auch auf klassischen Leitungen elektrische Energie effizient übertragen werden kann, sind Supraleiter hier kaum konkurrenzfähig. Durch die im Vergleich zu konventionellen Leitungen höhere erzielbare Stromdichte lässt sich jedoch mehr elektrische Leistung auf gleichem Raum übertragen. Daher werden supraleitende Kabel dort eingesetzt, wo durch Erhöhung des Bedarfs bei begrenztem baulichen Raum Erweiterungen vorgenommen werden müssen. In Tokio werden derzeit normale Stromkabel gegen HTSL-Kabel mit Stickstoffkühlung ausgetauscht.
Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Supraleiter
Gruß.
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