categorii: Articole prezentate » Fapte interesante
Număr de vizualizări: 13927
Comentarii la articol: 0

Superconductivitatea în industria energiei electrice. Partea 2. Viitorul superconductorilor

 

Superconductivitatea în industria energiei electrice: prezent și viitorLa prima vedere, materialele noi, supraconductoare, par a fi avantajoase pentru a fi utilizate aproape peste tot unde se folosesc câmpuri magnetice și curenți electrici. Dar este așa?

Pentru a naviga multe lucrări tehnice cu superconductori, trebuie avut în vedere faptul că nu există niciun supraconductor, ca atare, deloc. Acestea sunt metalele obișnuite cunoscute de toți, în condiții speciale care prezintă proprietăți neobișnuite.

Aluminiul, de exemplu, conduce bine puterea curentului electric la temperatura camerei, de aceea este considerat unul dintre cei mai buni conductori. Câmpul magnetic din el este ușor îmbunătățit: astfel de materiale sunt numite paramagnete. Aluminiul transmite perfect căldura, ceea ce înseamnă că poate fi considerat un conductor de căldură.

Când sunt răcite la temperaturi extrem de scăzute, proprietățile unor metale se schimbă semnificativ. Pentru același aluminiu, de exemplu, la temperaturi sub 272 ° C, rezistența electrică dispare, iar conductivitatea crește până la infinit (superconductor). Dar conductivitatea termică a materialului este aproape la fel de grav deteriorată (izolator termic). Câmpul magnetic este complet deplasat de la probă (diamagnet ideal). Dar acest lucru nu este suficient: este posibil să se înregistreze proprietățile cuantice ale unui material, care la temperaturi obișnuite se manifestă indirect.

Metalele care demonstrează o combinație atât de neașteptată de calități sunt denumite în mod obișnuit superconductori, dar nu ar trebui să uităm de limitările acestui nume. Conductivitatea termică redusă a materialelor noi este încă rar folosită. Diamagnetismul superconductorilor este deja aplicat în mod intenționat. Proprietățile cuantice au stat la baza acțiunii multor instrumente de măsurare ultra-precise.

Cu toate acestea, în faza inițială a dezvoltării unui fenomen nou, interesele majorității cercetătorilor sunt concentrate pe utilizarea conductivității infinit de mari a superconductorilor.

Sistemele magnetice supraconductoare sunt create special și utilizate cu succes în diverse scopuri. Într-adevăr, prin intermediul conductoarelor obișnuite, datorită generarii excesive de căldură, nu se pot trece curenți prea mari. Odată ce rezistența electrică a dispărut, densitățile de curent pot fi mari. Fizicienii au profitat de acest lucru: până la urmă, cu cât este mai mare curentul, cu atât câmpul magnetic este mai puternic. Superconductorii pot crea electromagneti extrem de puternici. De aceea, direcția magnetică a superconductivității tehnice a devenit decisivă timp de mulți ani!

Nu există nici o îndoială că în următoarele decenii, echipamentele vor primi noi unități cu caracteristici îmbunătățite. Se creează noi acceleratoare, trenuri cu suspensie magnetică cu tracțiune electromagnetică, generatoare mari cu rotor supraconductor. Sunt construite tot mai puternice modele de tokamak, este de necrezut ca reactoarele termonucleare industriale să apară pe parcursul vieții generației noastre, care nu pot fi create fără superconductori. În câțiva ani, în clădirile în care sunt localizați consumatori mari de energie electrică, va fi posibilă montarea de uriașe serpentine toroidale simplificate de curenți, concepute pentru a furniza în mod autonom electricitate instalațiilor locale.

Este utilă îmbunătățirea structurilor de inginerie electrică și extinderea capacităților lor tehnice. Dar, poate mai important, o altă sarcină este eliminarea pierderilor cauzate de încălzirea conductoarelor eficientizate de curenții electrici. Desigur, nu vorbim despre cabluri electrice de uz casnic, este suficient să utilizăm superconductori pentru conductoarele de curent ale instalațiilor electrice mari.

Lipsa pierderilor din fire favorizează crearea de sisteme magnetice supraconductoare și echipamente crioelectronice.Cu toate acestea, electromagnetii noi sunt construiți nu pentru a reduce pierderile, ci pentru a crea câmpuri magnetice anterior neatinse. Iar dispozitivele bazate pe superconductori permit obținerea unei precizii de măsurare extrem de ridicate, deși o creștere a eficienței îmbunătățește semnificativ performanțele tehnice ale supermetrelor.

Este extrem de benefic să folosiți supraconductori special pentru a reduce pierderile electrice. Această linie de lucru este demnă de sprijin la nivel mondial. De exemplu, cablurile supraconductoare nu sunt necesare deoarece capacitățile de proiectare a materialelor cunoscute au fost deja epuizate. Astfel de dispozitive liniare sunt atractive în principal, deoarece pot fi utilizate pentru a elimina pierderile din rețelele electrice. Dacă liniile electrice supraconductoare sunt utilizate pe scară largă, se pot realiza economii enorme în resursele de combustibil.


Se știe că combustibilii organici (petrol, gaz, cărbune) se termină, producția lor devine din ce în ce mai dificilă. Astăzi, energia este axată pe crearea accelerată a centralelor nucleare și a instalațiilor de încălzire nucleare, pe dezvoltarea fuziunii termonucleare, pe utilizarea energiei cu radiații solare, căldura mărilor și oceanelor. Stații proiectate care operează cu energia valurilor și valurilor.

Supraconductorii, prin natura lor, ar fi ideali în acest scop. La urma urmei, venele noilor cabluri, generatoare, transformatoare nu vor fi încălzite de curenți electrici. Pentru prima dată, oamenii ar putea exclude în mod conștient pierderile de Joule din soldul costurilor electrice. Se estimează că performanța supraconductoare a centralelor mari de energie ar aduce miliarde de dolari în țară.

Îmbunătățirea caracteristicilor tehnice ale echipamentelor electrice, reducerea consumului de combustibil, parțial, azi, pentru a compensa pierderile în conductoare, nu este totul. Superconductorii vor îmbunătăți situația de mediu de pe glob! La urma urmei, energia tuturor dispozitivelor tehnice este în cele din urmă transformată în căldură. Rata de încălzire a planetei este mare, acestea corespund ritmului dezvoltării industriale. Introducerea pe scară largă a echipamentelor electrice supraconductoare ar reduce fluxul de căldură în atmosferă, permițând, dacă nu eliminarea, cel puțin slăbirea poluării termice a planetei.

Problema adoptării pe scară largă a superconductorilor în inginerie electrică este complexă și diversă, dar rezultatele utilizării superconductorilor în instalații fizice și industriale pot fi uriașe.

Superconductivitatea este un fenomen minunat. Studiind proprietățile neobișnuite și impresionante ale supraconductorilor, fizicienii pătrund din ce în ce mai adânc în secretele structurii materiei. Inginerii se străduiesc să facă superconductorii instrumentul lor, să le facă să funcționeze. Supertask pentru superconductori este transferul proprietăților lor utile către obiecte de tehnologie nouă.

Mikhail Chernov

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Superconductivitatea în industria energiei electrice: prezent și viitor
  • Superconductivitate la temperaturi ridicate
  • Magneți supraconductori
  • Viitorul energiei îl reprezintă generatoarele, transformatoarele și supraconductoarele ...
  • Electricitate și mediu

  •