Номер 3, страница 181 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

3. Где используют сверхпроводники?

Сверхпроводники — это материалы, которые при охлаждении ниже определённой критической температуры ($T_c$), а также при значениях магнитного поля и плотности тока ниже критических ($H_c$ и $J_c$), проявляют два фундаментальных свойства: нулевое электрическое сопротивление и эффект Мейснера (полное выталкивание магнитного поля из своего объёма). Эти уникальные характеристики позволяют использовать их в самых передовых областях науки и техники, несмотря на сложность и дороговизну систем охлаждения.

Медицина

Основное применение сверхпроводников в медицине — это создание мощных электромагнитов для аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ). Благодаря нулевому сопротивлению, по обмоткам из сверхпроводника может протекать очень большой ток, создавая сильное и чрезвычайно стабильное магнитное поле, необходимое для получения высококачественных изображений внутренних органов и тканей человека. Это позволяет поддерживать поле включенным практически постоянно без затрат энергии на сопротивление.

Научные исследования

В фундаментальной науке сверхпроводники незаменимы.

Ускорители частиц: В таких гигантских установках, как Большой адронный коллайдер (БАК), тысячи сверхпроводящих магнитов используются для управления пучками протонов. Они изгибают траекторию частиц и фокусируют их, позволяя достигать огромных энергий для изучения фундаментальных законов Вселенной.

Термоядерная энергетика: В проектах термоядерных реакторов, например, ИТЭР (ITER), сверхпроводящие магниты создают мощнейшее магнитное "удержание" для высокотемпературной плазмы, не позволяя ей соприкоснуться со стенками реактора.

Аналитические приборы: Спектрометры ядерного магнитного резонанса (ЯМР), используемые в химии и биологии для точного определения структуры молекул, также работают на основе сверхпроводящих магнитов.

Транспорт

Перспективное направление — поезда на магнитной левитации (маглев). Сверхпроводящие магниты, установленные на поезде, создают мощное магнитное поле, которое отталкивается от магнитов на путевом полотне, заставляя состав левитировать над рельсами. Отсутствие трения позволяет таким поездам развивать скорости свыше 600 км/ч, делая их одним из самых быстрых видов наземного транспорта. Наиболее известным примером является японская система SCMaglev.

Энергетика

Сверхпроводники могут произвести революцию в энергетике.

Линии электропередачи (ЛЭП): Кабели из сверхпроводящих материалов способны передавать электроэнергию без потерь, которые в обычных сетях достигают 5-10%. Это особенно важно для передачи больших мощностей в крупных городах.

Накопители энергии (SMES): Системы накопления энергии в магнитном поле сверхпроводящей катушки могут почти мгновенно отдавать или запасать огромное количество энергии, стабилизируя работу электросетей.

Ограничители тока: Устройства, использующие переход сверхпроводника в обычное состояние при превышении критического тока для защиты электросетей от разрушительных последствий коротких замыканий.

Электроника и измерительная техника

СКВИДы (сверхпроводящие квантовые интерференционные датчики): Это самые чувствительные детекторы магнитного поля в мире. Их применяют в медицине (магнитоэнцефалография — сканирование магнитной активности мозга), геологоразведке и научных экспериментах.

Квантовые компьютеры: Одной из ведущих платформ для создания кубитов — базовых элементов квантового компьютера — являются сверхпроводящие цепи. Их квантовые свойства при сверхнизких температурах позволяют создавать и манипулировать квантовыми состояниями.

Ответ: Сверхпроводники используются в высокотехнологичных областях, где требуются чрезвычайно сильные магнитные поля или передача тока без потерь. Ключевые применения включают медицинские томографы (МРТ), ускорители частиц (БАК), поезда на магнитной левитации (маглев), перспективные системы передачи и хранения энергии, а также сверхчувствительные датчики (СКВИДы) и компоненты для квантовых компьютеров.