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超伝導【ちょうでんどう】

超伝導(Superconductivity)とは次の二点が生じている状態のことをいう。・電気抵抗ゼロ ・マイスナー効果習慣上物理学では「超伝導」、電気電子工学では「超電導」と表記するが同じ現象を指す。特定の金属や化合物を冷却して極低温状態にしたときに、電気抵抗が急激にゼロになる。同時に外部からの磁力線(磁束)が遮断されるマイスナー効果が生じる。

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電気抵抗がゼロになるとエネルギー損失はなくなる

一般的に金属は温度が下がると電気伝導性は大きくなり、温度が上がると伝導性は小さくなる。これは電子が温度の上昇するに従って散乱される為で、昔から絶対零度では金属の電気抵抗はゼロになるであろうと考えられていた。1911年、この検証過程で超伝導がオランダの物理学者カマリン・オンネス(H eike K am erlingh O nnes 1853-1926)によって発見された。電気抵抗は電流が流れることを妨げるのであるから電気エネルギーの一部が熱になって逃げてしまう。超伝導は抵抗がないということからエネルギーが熱に変換されることもなくエネルギー損失がない。この世の中の物質の全てが超伝導状態になる訳ではない。超伝導状態になる物質とならない物質とがある。例えば金、銀、銅は冷却すると電気抵抗は小さくなるがゼロになることはない。従って超伝導状態になることはない。

マイスナー効果とは磁束がゼロになること

マイスナー効果とは「超伝導体を磁場内で臨界温度以下にするとその磁場は超伝導体内から排除され内部磁場がゼロになる」ことをいう。詰まり、通常二つの磁極は同じ極(N極とN極、S極とS極)であれば反発し合い、異なる磁極(N極とS極)であれば引き付け合う。超伝導状態では反発し合うこともなく引き付け合うことも起きなくなることをいっている。従って、超伝導体の上に磁石を乗せると磁石はまるで重力がないかのように浮き上がった状態になる。超伝導によって磁束の侵入が排除された為に物体が浮き上がるのである。

冷却方法は液体窒素を使う

超伝導状態に変わる温度のことを臨界温度(C ritical T em perature)T cといい物質によって異なる。1911年カマリン・オンネスによって超伝導が発見されて以来75年間は―243°Cを超えることはなかったが、1986年IB M チューリッヒ研究所のベドノルツとミューラーとによって高温で超伝導になる現象が発見され、現在では-138°Cで超伝導状態になる物質が発見されている。当初は軽い為空気中に飛散し易い液体ヘリウムを使用して-269°Cで冷却して超伝導状態を作っていた。現在では-196°Cで安定した超伝導状態を保つことが可能になり、空気中の窒素を液化して得られる液体窒素で冷却出来るようになりコストを下げて超伝導を実現出来るようになった。

超伝導の応用

臨界温度T cが高くなるにつれてエネルギー、交通、医療、産業機器など現実社会への期待が広がっている。発電所から工場、家庭まで電力損失を減らせる。電気の貯蔵が出来る。超高速のコンピュータネットワークが実現出来る。

問題

超伝導の特徴を二つ挙げなさい。

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