Технология конструкционных электротехнических материалов (стр. 12 из 14)
| Вещество | Критическая температура ТК, К | Критическое поле Н0,Э |
| Сверхпроводники 1-го рода | ||
| Свинец | 7,2 | 800 |
| Тантал | 4,5 | 830 |
| Олово | 3,7 | 310 |
| Алюминий | 1,2 | 100 |
| Цинк | 0,88 | 53 |
| Вольфрам | 0,01 | 1.0 |
| Ниобий | 9,25 | 4000 |
| Сплав НТ-50 | ||
| (Ni-Ti-Zr) | 9,7 | 100000 |
| Сплав Ni-Ti | 9,8 | 100000 |
| V3Ga | 14,5 | 350000 |
| Nb3Sn | 18,0 | 250000 |
| Сверхпроводники 2-го рода | ||
| PbMo4S8 | ~ | 600000 |
| Nb3Ge | 23 | ± |
| GeTe* | 0,17 | - |
| SrTiO3 | 0,2-0,4 | 130 |
Все интерметаллические соединения и сплавы относятся к сверхпроводникам II рода. Однако деление веществ по их сверхпроводящим свойствам на два вида не является абсолютным. Любой сверхпроводник I рода можно превратить в сверхпроводник II рода, если создать в нем достаточную концентрацию дефектов кристаллической решетки. Например, у чистого олова Тсв = 3,7 К, но если вызвать в олове резко неоднородную механическую деформацию, то критическая температура возрастет до 9 К, а критическая напряженность магнитного поля увеличится в 70 раз.
Сверхпроводимость никогда не наблюдается в системах, в которых существует ферро- или антиферромагнетизм. Образованию сверхпроводящего состояния в полупроводниках препятствует малая концентрация свободных электронов. Однако в материалах с большой диэлектрической проницаемостью силы кулоновскою отталкивания между электронами в значительной мере ослаблены. Поэтому некоторые из них также проявляют свойства сверхпроводников при низких температурах. Примером может служить титанат стронция (SrTiO3), относящийся к группе сегнетоэлектриков. Ряд полупроводников удается перевести в сверхпроводящее состояние добавкой большой концентрации легирующих примесей (GeTe, SnTe, CuS и др.).
В настоящее время промышленность выпускает широкий ассортимент сверхпроводящих проволок и лент для самых различных целей. Изготовление таких проводников связано с большими технологически
ми трудностями. Они обусловлены плохими механическими свойствами многих сверхпроводников, их низкой теплопроводностью и сложной структурой проводов. Особенно большой хрупкостью отличаются интерметаллические соединения с высокими критическими параметрами. Поэтому вместо простых проволок и лент приходится создавать композиции из двух (обычно сверхпроводник с медью) и даже нескольких металлов. Для получения многожильных проводов из хрупких интерметаллов особенно перспективен бронзовый метод (или метод твердофазной диффузии), освоенный промышленностью. По этому методу прессованием и волочением создается композиция из тонких нитей ниобия в матрице из оловянной бронзы. При нагреве олово Sn из бронзы диффундирует в ниобий Nb, образуя на его поверхности тонкую сверхпроводящую пленку станнида ниобия Nb3Sn. Такой жгут может изгибаться, но пленки остаются целыми [2, С.74]. Применение сверхпроводников в различных областях науки техники. Сверхпроводящие элементы и устройства находят все более широкое применение в самых различных областях науки и техники. Разработаны крупномасштабные долгосрочные программы промышленного использования сильноточной сверхпроводимости.Одно из главных применений сверхпроводников связано с получением сверхсильных магнитных полей. Сверхпроводящие соленоиды позволяют получать однородные магнитные поля напряженностью свыше 107 А/м в достаточно большой области пространства, в то время как пределом обычных электромагнитов с железными сердечниками являются напряженности порядка 106 А/м. К тому же в сверхпроводящих магнитных системах циркулирует незатухающий ток, поэтому не требуется внешний источник питания. Сильные магнитные поля необходимы при проведении научных исследований. Сверхпроводящие соленоиды позволяют в значительной мере уменьшить габариты и потребление энергии в синхрофазотронах и других ускорителях элементарных частиц. Перспективно использование сверхпроводящих магнитных систем для удержания плазмы в реакторах управляемого термоядерного синтеза, в магнитогидродинамических (МГД) преобразователях тепловой энергии в электрическую, в качестве индуктивных накопителей энергии для покрытия пиковых мощностей в масштабах крупных энергосистем. Широкое развитие получают разработки электрических машин со сверхпроводящими обмотками возбуждения. Применение сверхпроводников позволяет исключить из машин сердечники из электротехнической стали, благодаря чему уменьшаются в 5 – 7 раз их масса и габариты при сохранении мощности. Экономически обосновано создание сверхпроводящих трансформаторов, рассчитанных на высокий уровень мощности (десятки-сотни мегаватт). Значительное внимание в разных странах уделяют разработке сверхпроводящих линий электропередач на постоянном и переменном токах. Разработаны опытные образцы импульсных сверхпроводящих катушек для питания плазменных пушек и систем накачки твердотельных лазеров. В радиотехнике начинают использовать сверхпроводящие объемные резонаторы, обладающие, благодаря ничтожно малому электрическому сопротивлению, очень высокой добротностью
[2, С.75].
9 Векторное изображение электрических величин (тока, напряжения, ЭДС). Примечание комплексных чисел для расчета электрических цепей. Представление синусоидальных э.д.с., напряжений и токов
комплексными числами
При изображении вращающихся векторов синусоидальных э.д.с, напряжения и тока на комплексной плоскости ось абсцисс плоскости декартовых координат совмещают с осью действительных или вещественных величин (ось + 1) комплексной плоскости. Тогда мгновенные значения синусоидальных величин получают на оси мнимых величин (ось+j) [18].
Как известно, каждому вектору на комплексной плоскости соответствует определенное комплексное число, которое может быть записано в показательной, тригонометрической или алгебраической форме. Например, э.д.с. Emsm (cot + ц/с) изображенной на рисунке 9.1 вращающимся вектором, соответствует комплексное число.
Рисунок 9.1 - Изображение синусоидальной э.д.с. вращающимся вектором на комплексной плоскости
Um=Um+jUm, (9.1)
Em ef(ωt+ψe)= Em cos(ωt+ψe)+jEmsi n+(ωt+ψe)= е'+je (9.2)
Фазовый уголь a>t+ у/, определяют по проекциям вектора на оси координат +1
tg (ωt+ψe)= е/е' (9.3)
Мнимая составляющая комплексного числа вектора на комплексной плоскости определяет синусоидальное изменение э.д.с. и обозначается символом Im
e=Em sin(ωt+ψe)=Im Em е'(ωt+ψe). (9.4)
Комплексное число E j(ωt+ψe ) удобно представить в виде произведения двух комплексных чисел
Em е'(ωt+ψe)= Em е' ψe e ωt = Em е(ωt (9.5)
Первое комплексное число Em соответствующее положению вектора в начальный момент времени, называют комплексной амплитудой
Em = Em еtψe (9.6)
Второе комплексное число Eψ является оператором поворота вектора на
угол cat относительно начального положения вектора.
Следовательно, мгновенное значение синусоидальной величины равно
мнимой части без знака j произведения комплекса амплитуды Ет и
оператора вращения
e=Em sin(ωt+ψe)=Im Em еjωt. (9.7)
Переход от одной формы записи синусоидальных э.д.с, токов и
напряжений к другой осуществляется весьма просто с помощью формулы
Эйлера еjωt- cos +/sin a.
Если, например, комплексная амплитуда напряжения задана в виде
комплексного числа в алгебраической форме
Um =Um+jUm (9.8) то, чтобы записать ее в показательной форме, необходимо найти начальную фазу <р „, т.е. угол, который образует вектор Umс осью + 1.
В данном случае вектор Umрасположен в первом квадранте комплексной плоскости, и его начальная фаза (рисунок 9.2) определяется соотношением
Tg ψu=Um /Um (9.9)
Мгновенные значения напряжения
u=ImUm e ωt =ImUme'(ωt+ψe)= Um sin(ωt+ψe), (9.10)
Рассмотрим другой пример, когда комплексная амплитуда тока задана комплексным числом
Im=-Im+jIm (9.11)
Вектор комплексной амплитуды тока /т расположен во втором квадранте комплексной плоскости (рисунок 9.3). Начальная фаза этого тока
Ψt=180º-α (9.12)
Где tgψt=tg(180º-α)=- Im/ Im=tgα (9.13)
Если задано мгновенное значение тока в виде синусоиды / = Imsin(o)e + , то комплексную амплитуду записывают сначала показательной форме, а затем, по формуле Эйлера, переходят к алгебраической форме
I=Ieiiψ (9.14)
(9.15) 
Рисунок 9.2 - начальная вектора комплексной амплитуды напряжения, расположенного в первом квадранте комплексной плоскости.
Рисунок 9.3 – первая начальная фаза вектора комплексной амплитуды тока, расположенного во втором квадранте комплексной плоскости