Номер 2, страница 92, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Помимо идеальной проводимости, сверхпроводники в сверхпроводящем состоянии обладают идеальным диамагнетизмом, т. е. способностью выталкивать магнитное поле из своего объема. Предложите ваши идеи по практическому применению этих уникальных свойств сверхпроводников.

Уникальные свойства сверхпроводников — идеальная проводимость (нулевое электрическое сопротивление) и идеальный диамагнетизм (эффект Мейснера, выталкивание магнитного поля) — открывают возможности для их применения в самых разных областях техники и науки.

Идеальная проводимость означает, что при протекании электрического тока по сверхпроводнику не происходит потерь энергии на нагрев. Потери мощности при прохождении тока определяются законом Джоуля-Ленца: $P_{потерь} = I^2R$. Поскольку у сверхпроводника сопротивление $R=0$, то и потери мощности равны нулю. Это позволяет создавать линии электропередачи (ЛЭП), способные передавать электроэнергию на огромные расстояния без потерь. Кроме того, на этом свойстве основаны сверхпроводниковые накопители энергии (SMES), где энергия запасается в виде незатухающего тока, циркулирующего в сверхпроводящем соленоиде.

Ответ: Создание высокоэффективных линий электропередачи без потерь и систем хранения энергии на основе сверхпроводящих катушек индуктивности.

Идеальный диамагнетизм, или эффект Мейснера, заключается в полном выталкивании магнитного поля из объема сверхпроводника. Если разместить постоянный магнит над сверхпроводником, сверхпроводник создаст на своей поверхности токи, которые генерируют ответное магнитное поле, отталкивающее магнит. Эта сила отталкивания может быть достаточно сильной, чтобы преодолеть силу тяжести и заставить магнит левитировать (парить) над сверхпроводником. Этот принцип используется для создания поездов на магнитной подушке (Маглев), которые движутся над путевым полотном без трения, что позволяет им развивать очень высокие скорости (свыше 500 км/ч) при низком уровне шума и вибрации.

Ответ: Применение эффекта Мейснера для создания левитирующего транспорта (поездов Маглев), который перемещается без контакта с поверхностью, устраняя трение и позволяя достигать сверхвысоких скоростей.

Благодаря нулевому сопротивлению, в сверхпроводящей обмотке можно создать очень большие токи, не опасаясь ее перегрева и разрушения. Это позволяет генерировать чрезвычайно сильные и стабильные во времени магнитные поля, недостижимые для традиционных электромагнитов. Такие магниты являются ключевым элементом во многих передовых технологиях:

• Медицина: аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ) используют сильные сверхпроводящие магниты для получения детальных изображений внутренних органов и тканей человека.
• Наука: в ускорителях заряженных частиц (например, в Большом адронном коллайдере) сверхпроводящие магниты используются для удержания и фокусировки пучков частиц, разогнанных до околосветовых скоростей. В установках для управляемого термоядерного синтеза (токамаках) они создают магнитное поле для удержания высокотемпературной плазмы.

Ответ: Производство сверхмощных электромагнитов для медицинских томографов (МРТ), ускорителей частиц, термоядерных реакторов и других научных и промышленных установок.

На основе квантовых явлений в сверхпроводниках создаются уникальные устройства. Например, СКВИДы (сверхпроводящие квантовые интерферометры) — это самые чувствительные из существующих датчиков магнитного поля. Они способны измерять поля, в миллиарды раз слабее магнитного поля Земли, и применяются в медицине для магнитоэнцефалографии (исследования магнитных полей мозга), а также в геофизике. Кроме того, на основе сверхпроводниковых элементов (джозефсоновских переходов) разрабатываются компоненты для квантовых компьютеров и сверхбыстрая цифровая электроника с крайне низким энергопотреблением.

Ответ: Разработка сверхчувствительных датчиков магнитного поля (СКВИДов) и создание элементной базы для квантовых вычислений и энергоэффективных суперкомпьютеров.