Высокотемпературные сверхпроводники

Сегодня увидел этот комментарий и обсуждение под ним. Учитывая, что сегодня же я был на производстве сверхпроводящих кабелей, хотел вставить пару замечаний, но read-only… В итоге решил написать небольшую статью про высокотемпературные сверхпроводники.

Для начала, на всякий случай, хочется отметить, что сам термин «высокотемпературный сверхпроводник» означает сверхпроводники с критической температурой выше 77 К (-196 °C) — температуры кипения дешёвого жидкого азота. Не редко к ним относят и сверхпроводники с критической температурой около 35 К, т.к. такую температуру имел первый сверхпроводящий купрат La2-xBaxCuO4 (вещество переменного состава, отсюда и x). Т.е. «высокие» температуры тут пока ещё очень низкие.

Основное распространение получило два высокотемпературных сверхпроводника — YBa2Cu3O7-x (YBCO, Y123) и Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x (BSCCO, Bi-2223). Также применяются схожие с YBCO материалы, в которых иттрий заменён иным редкоземельным элементом, например гадолинием, их общее обозначение — ReBCO.
Выпускаемые YBCO, да и другие ReBCO, имеют критическую температуру на уровне 90-95 К. Выпускаемые BSCCO достигают критической температуры в 108 К.

Кроме высокой критической температуры, ReBCO и BSCCO отличаются большими значениями критического магнитного поля (в жидком гелии — более 100 Тл) и критического тока. Впрочем, с последним всё не так просто…

В сверхпроводнике электроны движутся не независимо, а парами (Куперовскими парами). Если мы хотим, чтобы ток перешёл из одного сверхпроводника в другой, то зазор между ними должен быть меньше характерного размера этой пары. Для металлов и сплавов этот размер составляет десятки, а то и сотни нанометров. А вот в YBCO и BSCCO он составляет лишь пару нанометров и доли нанометра, в зависимости от направления движения. Даже зазоры между отельными зёрнами поликристалла оказываются уже вполне ощутимым препятствием, не говоря уж о зазорах между отдельными кусками сверхпроводника. В результате сверхпроводящая керамика, если не предпринимать специальных ухищрений, способна пропускать через себя лишь относительно небольшой ток.

Проще всего проблему оказалось решить в BSCCO: его зёрна естественным образом имеют ровные края, а самое простое механическое сжатие позволяет эти зёрна упорядочить для получения высокого значения критического тока. Это позволило достаточно быстро и просто создать первое поколение высокотемпературных сверхпроводящих кабелей, а точнее — высокотемпературных сверхпроводящих лент. Они представляют собой серебряную матрицу, в которой есть множество тонких трубочек, заполненных BSCCO. Эту матрицу расплющивают, при этом зёрна сверхпроводника приобретают нужный порядок. Получаем тонкую гибкую ленту, содержащую множество отдельных плоских сверхпроводящих жил.

Увы, BSCCO материал далеко не идеальный: у него критический ток очень быстро падает с ростом внешнего магнитного поля. Критическое магнитное поле у него достаточно велико, но задолго до достижения этого предела, он теряет способность пропускать сколько-нибудь большие токи. Это очень сильно ограничивало применение высокотемпературных сверхпроводящих лент, заменить старые добрые сплавы ниобий-титан и ниобий-олово, работающие в жидком гелии, они не могли.

Совсем другое дело — ReBCO. Но создать в нём правильную ориентацию зёрен весьма тяжело. Лишь относительно недавно научились делать сверхпроводящие ленты на основе этого материала. Такие ленты, называемые вторым поколением, получают напылением сверхпроводящего материала на подложку, имеющую специальную текстуру, задающую направление роста кристаллов. Текстура, как не сложно догадаться, имеет нанометровые размеры, так что это настоящие нанотехнологии. В московской компании «СуперОкс», в которой я собственно и был, для получения такой структуры на металлическую подложку напыляют пять промежуточных слоёв, один из которых одновременно с напылением распыляется потоком быстрых ионов, падающих под определённым углом. В результате кристаллы этого слоя растут только в одном направлении, в котором ионам сложнее всего их распылять. Другие производители, а их в мире четыре, могут использовать иные технологии. Кстати, отечественные ленты используют гадолиний вместо иттрия, он оказался технологичнее.

Сверхпроводящие ленты второго поколения шириной 12 мм и толщиной 0,1 мм в жидком азоте при отсутствии внешнего магнитного поля пропускают ток до 500 А. Во внешнем магнитном поле 1 Тл критический ток всё ещё доходит до 100 А, а при 5 Тл — до 5 А. Если охладить ленту до температуры жидкого водорода (ниобиевые сплавы при такой температуре ещё даже не переходят в сверхпроводящее состояние), то та же лента сможет пропустить 500 А в поле 8 Тл, а «какие-нибудь» 200-300 А — в поле на уровне пары десятков тесла (лягушка летает). Про жидкий гелий и говорить не приходится: есть проекты магнитов на этих лентах с полем на уровне 100 Тл! Правда тут уже в полный рост возникает проблема механической прочности: магнитное поле всегда стремится разорвать электромагнит, но когда это поле достигает десятков тесла, его стремления легко реализуются…

Впрочем, все эти прекрасные технологии не решают проблемы соединения двух кусков сверхпроводника: хоть кристаллы и ориентированны в одном направлении, о полировке внешней поверхности до субнанометрового размера шероховатостей речи не идёт. У корейцев есть технология спекания отдельных лент друг с другом, но она ещё, мягко говоря, далека от совершенства. Обычно ленты соединяют друг с другом обычной пайкой обычным оловянно-свинцовым припоем или иным классическим способом. Разумеется, при этом на контакте появляется конечное сопротивление, так что создать из таких лент сверхпроводящий магнит, не требующий питания на протяжении многих лет, да и просто ЛЭП с в точности нулевыми потерями не получается. Но сопротивление контакта составляет малые доли микроома, так что даже при 500 А токе там выделяются лишь доли милливатта.

Разумеется, в научно-популярной статье читатель ищет по-больше зрелищности… Вот несколько видео моих экспериментов с высокотемпературной сверхпроводящей лентой второго поколения:







Последнее видео записал под впечатлением от комментария на YouTube, в котором автор доказывал, что сверхпроводимости не существует, а левитация магнита — совершенно самостоятельный эффект, предлагал всем желающим убедиться в его правоте, измерив непосредственно сопротивление. Как видим, сверхпроводимость всё-таки существует.
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 115
  • –9
    сверхпроводники с критической температурой выше 77 К (-196 °C) — температуры кипения дешёвого жидкого азота

    А бывает дорогой жидкий азот?)
    • +5
      Имеется в виду, что он дешевле, чем водород или гелий
      • +4
        Мне кажется, автор имел в виду, что жидкий азот обходится дешевле жидкого гелия.
      • +8
        Почему бы и нет, у азота тоже есть изотопы.
        • +1
          А я так понял, что «дешевый» — это не очень чистый в плане примесей, может быть есть дороже, у которого примесей меньше и температура кипения немного отличается. Если верить википедии температура кипения азота -195,75 °C, что немного отличается от заявленных -196. Хотя возможно я понял не правильно и это все вопрос округления.
          • 0
            Это именно округление. На самом деле у азота с примесями (а он тянет из воздуха кислород) температура кипения может быть и -195. Но т.к. табличное значение -195,75, то округлять его логичнее до -196.
        • 0
          Как уже сказали выше, я имел ввиду, что жидкий азот стоит недорого.
        • +5
          Возможно ли где-то приобрести небольшие кусочки такой ленты? Не для практического применения, а для вот таких простеньких опытов.
          • +1
            Тоже интересно, было бы круто)
            Азота то завались.
            • 0
              Не у всех производителей, но именно «СуперОкс» готов продать и один метр.
              • 0
                Не нашёл цены у них на сайте
                • +4
                  2000 рублей за метр 4-мм ленты и 4000 рублей за метр 12-мм ленты. Предупреждали, что при столь малом заказе могут чуть повысить цену, но не фундаментально.
                  Для опытов с левитацией однозначно нужна 12-мм лента. И её как раз около метра уйдёт.
                  Можете подождать ноябрьского номера «Популярной механики» — там будет небольшая статья про мои опыты с этой лентой.
              • +3
                В принципе возможно. Есть небольшая проблема в том, что мы все же не ориентированы на работу с физлицами, и кассового аппарата для розничных продаж у нас нет. Но есть старый добрый способ оплаты через квитанцию сбербанка. В общем если есть какой интерес — обращайтесь, мы всегда открыты к обсуждению.
              • 0
                Ваша оценка — когда стоит ждать сверхпроводящих ЛЭП?
                  • 0
                    Вроде как уже применяется. Смутно помнится что-то насчет передачи энергии на Манхэттен…
                    • 0
                      Вроде писали, даже не про передачу, а про распределительную станцию.
                    • 0
                      Там сложно назвать ЛЭП, это скорее шина между распредустройствами одной подстанции.
                    • 0
                      10 кВ, 1 км длиной. Работает уже больше года в сети. Кабель между двумя подстанциями в Эссене.
                    • +3
                      Интересно, а как в повседневной работе произносят эти аббревиатуры: YBCO, ReBCO, BSCOO? Ибко, ребко и беско? :)
                      • 0
                        RobCo…
                        • +2
                          Для BSCCO английская Википедия заявляет произношение «bisko». YBCO лично я зову «ибако» («ба» от того, что там барий имеется ввиду). Специалисты меня при этом понимали, но не могу утверждать, что это правильно.
                          • 0
                            Ясно. Просто при чтении спотыкался на этих словах, не зная, как их прочитать.
                            • 0
                              Часто зовут по индексам — иттрий-123, висмут-2223 и 2212 и т.п.
                            • +4
                              В общем-то угадали: ибко, ребко и биско. Иногда говорим «правильно» — вайбисио. Или числами: один-два-три для ребки; два-два-два-три или два-два-один-два (вечно их путаю) для биски.
                            • 0
                              Очень интересно, как у автора кусков кожи на проволоке не осталось — тут в мороз -30 пальцы норовят прилипнуть к любой железке.
                              • +1
                                Ни разу не замечал такого за своими пальцами. Вероятно, это зависит от влажности пальцев.
                                  • 0
                                    Спасибо.
                                    • +1
                                      Он не даёт жидкому азоту заморозить руку, если пролить на неё, но тут-то вопрос был про касание руками замороженного металла…
                                      • 0
                                        Во-первых, сухая кожа, если не прижимать с силой и касаться кратковременно, является теплоизолятором. Во-вторых, на поверхности холодного металла конденсируется углекислый газ, который, испаряясь, дает некоторую изоляцию, да и сам слой инея довольно рыхл и плохо проводит тепло. Но стоит на лишние полсекунды задержать палец — и ожог готов. То же бывает и при попадании азота на руки — сколько раз я специально гонял капельку по ладони, а стоило случайно пролить, так организовал себе такой развесистый ожог, что потом месяц на перевязки ходил.
                                        • 0
                                          Тут стоит добавить, что у крокодильчиков нет такой теплоёмкости, чтобы сделать «развесистый ожог».
                                        • 0
                                          Сверхпроводник не во всем похож на обычный металл. При переходе теплопроводность его резко падает.
                                          • 0
                                            Крокодильчики явно сверхпроводящими не становились…
                                            • 0
                                              В этих лентах сверхпроводника очень мало — слой толщиной около 1 микрометра, остальное как раз металл (20 микрометров меди с обеих сторон, 50 микрометров подложка из немагнитной стали, 2 микрометра серебра и несколько нанометров буферных слоев). Это типичная структура ленты, она может отличаться, но суть примерно такая.
                                              • 0
                                                Там не сталь, а Hastelloy C-276. И толщина буферных слоёв куда больше нескольких нанометров.
                                                • 0
                                                  Пожалуй, я излишне упростил, но суть от этого не поменялась. Общая толщина буферных слоев, по данным Superpower, составляет 200 нм. При толщине ленты 0,1 мм это погоды не делает. В любом случае, объем сверхпроводника в ленте составляет около 1%, именно таким был мой посыл. Если занудствовать, то в качестве материала подложки может выступать также никель-вольфрам, такие ленты производит AMSC. Evico в Европе производит Ni-W ленты, возможно и здесь запустят производство таких сверхпроводящих проводов.
                                        • 0
                                          Как уже заметили выше, зависит от влаги на пальцах. Сухие руки не прилипают совсем, чуть влажные немного приклеиваются, но без «кусков кожи на проволоке». Может с ещё более влажными такое «гуро» и возможно, но я влажными руками замороженные предметы не трогаю.
                                        • 0
                                          В школе для Малой Академии Наук делал конкурсную работу по высокотемпературному проводнику иттрий-барий_2-купрум_3-о_7, до сих пор помню эти таблетки сплава, которые при погружении в жидкий азот (дьюар с жидким азотом бесплатно выделили в лаборатории на физфаке Государственного Университета) начинали левитировать, в первый раз это был шок — как так, что с гравитацией? :)
                                          • +2
                                            Нет ли тут ошибки? Если таблетка погружена в жидкий азот, то какая же это левитация…
                                            Может быть магнит над таблеткой (выше уровня азота) левитировал? Или после выдержки в азоте таблетку вынимали? А то в толще жидкости — это не левитация.
                                            Ну и странно, что шок… Ни разу такого не наблюдал ни у кого. «Блин, клёво, просто волшебство» — да, сколько угодно. А вот шок…
                                            • 0
                                              Пока таблетка разогреется до Tc от 77 кельвин, она еще успеет полевитировать. Потом падает, конечно.
                                              • –2
                                                Вы это вообще к чему?
                                                • 0
                                                  К тому, что вы спрашиваете «какая левитация в толще жидкости». Я и говорю, что если таблетку охладить до 77 К (температура кипения азота) и вынуть, то до критической температуры сверхпроводимости она нагреется за время, достаточное, чтобы налюбоваться на левитацию.
                                                  А так — можно поддерживать и в газовой среде температуру чуть выше кипения азота.
                                                  • 0
                                                    А вы не пробовали прочесть сообщение полностью?..
                                                    Или после выдержки в азоте таблетку вынимали?
                                          • +1
                                            Шикарный пример Российских нанотехнологий…
                                            Да и вообще — сверхкруто.
                                            А Вы их случайно не спрашивали что они думают о проекте термояда Lockheed
                                            • +3
                                              Согласен, был очень приятно удивлён этой конторой.

                                              Это меня постоянно о нём спрашивают, т.к. плазма и термояд — это как раз моя область.
                                              Пока можно сказать только одно: совершенно непонятно, что американцы там сочинили. На разных фотографиях разные конфигурации магнитных катушек. Схема, которую они показали — обычный пробкотрон, но форму плазменного жгута они нарисовали совсем не соответствующую пробкотрону… Можно лишь гадать, что там на самом деле. Хочется, конечно, верить, что у них реально невероятный прорыв, а все эти нестыковки — чтобы конкуренты не обогнали. Но, увы, более реалистичным выглядит вариант, что чисто денег выбить хотят, а запутывают всё для того, чтобы никто не мог с уверенностью сказать, что установка неработоспособна.
                                              • 0
                                                У них не пробкотрон, а антипробкотрон, как его называют в Физической энциклопедии (cusp trap в англоязычной литературе).
                                                • 0
                                                  Пробкотрон и антипробкотрон имеют абсолютно одинаковую конфигурацию катушек, только направление токов разное. Так что внешне их не различить. Нарисованная ими форма плазмы не соответствует ни тому, ни другому.
                                                  • 0
                                                    Да, конфигурация катушек одинаковая. Почему я уверен, что речь про антипробкотрон — это из-за упоминания режима высоких бета,. Именно такой режим наиболее благоприятен при работе с антипробкотроном, поскольку позволяет вытеснить магнитное поле из места локализации плазмы.

                                                    А о какой форме плазмы вы говорите? Если на цветной картинке из Aviation Week, то она там просто заполняет весь объём и судить по неё о конфигурации поля вряд ли возможно.
                                                    • +2
                                                      Высокие бета — это свойство и пробкотрона тоже. Да только вот время удержания в антипробкотроне «ниже плинтуса». Впрочем и в пробкотроне оно тоже не блещет: потребуется установка невероятных размеров чтобы она производила хотя бы столько же, сколько потребляет. А значит они либо вообще ничего не соображают, либо у них ни то, ни другое.

                                                      В пробкотроне и антипробкотроне плазма не заполняет весь объём, а находится в весьма ограниченной области.
                                                      • 0
                                                        Они опубликовали-таки патенты, в них есть подробности. Вот так выглядит конфигурация поля.
                                                        Картинка


                                                        Используется семь катушек, некая смесь пробкотрона и антипробкотрона.
                                                        • 0
                                                          Но на фотографиях видны и другие конфигурации…
                                                          Плюс на картинке система с погружённым в поле обмотками, совсем иной класс, нежели пробкотрон и антипробкотрон. В частности у нас на кафедре в такой системе получали бета более единицы, что недостижимо для установок других типов. Но оценки показали, что размеры такой установки, пригодной для электростанции, будут не меньше, чем у ITER, т.е. никакого чуда.
                                              • 0
                                                За всех сотрудников компании говорить не стану. Лично я придерживаюсь общепринятого мнения, что «кто их знает, что там на самом деле». Локхид все же не Росси, но крупные компании (особенно чьи акции на фондовом рынке торгуются) бывает грешат тем, что рассказывают про те «успехи», которых еще нет.
                                              • +16
                                                Ох, не могу тут не отметиться!
                                                Я как раз в вышеупомянутом СуперОксе работаю, и с автором этой статьи активно общался (Игорь, привет!)
                                                В статье заметил пару неточностей. Первое — резидентами Сколково мы таки являемся, но это означает только лишь какие-то льготы по налогам и таможне насколько я понимаю (но я могу чего-то тут не понимать). Технологию мы развивали без финансовых вливаний с их стороны. Второе — технологию спекания лент для организации сверхпроводящего контакта придумали корейцы, а не американцы. Но это так, тонкости.

                                                Сам подумывал пост про ленты и сверхпроводники написать, но в хабр он как-то совсем не в тему бы был. А теперь другое дело. Могу по технологии чего-нибудь рассказать, или вообще про индустрию прикладной сверхпроводимости и устройства из этих самых ленточек. Правда если полноценный пост писать, надо бы несколько дней материальчик подсобрать.

                                                Ну и вот вам ховербоард для затравочки (внутри 70 метров ленты). Грузоподъемность этой штуки килограмм 30-50, но точно померить нам нечем. Все собираюсь простейший стенд сгородить, но руки не доходят.
                                                • 0
                                                  Привет!

                                                  Спасибо за уточнение, сейчас подправлю.
                                                  • +1
                                                    Она все-таки существует!
                                                    image
                                                    • 0
                                                      Простите, а вы вот этими сверхпроводниками занимались?
                                                      • +1
                                                        Нет. Мы занимаемся только РЗЭ-бариевыми купратами (123-фазы так называемые) в плане доведения их производства до надежной и удобной технологии (так называемые ленты ВТСП 2го поколения), а также созданием устройств на их основе. Все скорее на коммерческих, чем на научных рельсах.
                                                        • +3
                                                          Ой, глянул еще раз на вашу ссылку, а там оказывается лютый бред. Мне при первом прочтении показалось что там речь про 95К, а не 95С. А тут сверхпроводимость выше комнатной температуры и вот это всё. Причем почему-то «сверхпроводящим» переходом называют небольшое изменение намагниченности и сопротивления, которое вероятно обусловлено зарядовым упорядочением или другим подобным фазовым переходом.
                                                          • 0
                                                            пичалько… Думал, там что-то стоящее.
                                                            Меня подкупило то, что он занимается исследованиями аж с 2005-ого года, и первые его успехи были достаточно скромные.
                                                            А по этой таблице создается впечатление, что он достаточно долго тыкался вслепую, прежде чем набрел на комнатные температуры
                                                            • 0
                                                              Самым «веселым» в таблице выглядит переход от
                                                              YCaBa3Cu5O11+ 107 K (Superconductors.ORG — 2010) — во что еще вполне можно поверить
                                                              к
                                                              YBa3Cu4Ox (9223C structure) 177 K (Superconductors.ORG — 2009) — что уже тянет минимум на нобелевскую премию, если бы было правдой.

                                                              А правдой это быть не может хотябы потому, что это слегка модифицированная формула стандартного 123-купрата, который обладает примерно такой же структурой, поэтому Тс там должна быть достаточно близкой к другим купратам. Плюс такой купрат наверняка уже получали по 100 раз какие-нибудь студенты, тупо накосячив с составом/условиями синтеза, и никто больше не заявлял о таком гигантском скачке. Плюс вот этот график:
                                                              image
                                                              приводят для честных 123-купратов. Для всех же остальных «сверхпроводимостью» называют просто скачкообразное понижение сопротивления, что может быть вызвано любым фазовым переходом, совсем не обязательно сверхпроводящим. Скорее всего переход магнитный, т.к на намагниченности он также проявляется, но магнитных переходов много разных бывает, и сверхпроводимость они зачастую не означают.

                                                              А вообще в науке много таких «работ» встречается. Это не обязательно связано со сверхпроводимостью, лженауки много везде. Причем (что меня удивляет и понять я этого не могу), часто люди искренне верят в свои результаты и уверены что перевернули мир своим исследованием, просто все вокруг недалекие и их гениальность оценить не могут. И в их намерениях нет целенаправленного мошеннического подтекста или другого желания тупо всех облапошить. Мне тоже один технический директор предприятия по производству моторов как-то достал из ящика стола кусок «наноструктурированного» алюминия, который сверхпроводник при -60С. Почему-то до сих пор от него не могу образца для независимых измерений дождаться (да и не очень-то переживаю по этому поводу). На вопросы почему же он еще не обратился в Нобелевский комитет следует невразумительное мычание, что пока они это публиковать не готовы/ждут патента/на западе технологию украдут/и т.п.
                                                      • +8
                                                        Не знаю, как для кого, а для меня сверхпроводники, жидкий азот и все в таком духе всегда были чем-то далеким, наполовину фантастическим, нереально дорогим и работать с этим, в моем понимании, должны были безликие ученые в скафандроподобных костюмах (аля «Обитель Зла»). А тут сидит на видео обыкновенный мужик в шортах, тычет в сверхпроводящую ленту деревянной линейкой, измеряет ее параметры китайским мультиметром… В общем, капитальный разрыв шаблона:)
                                                        За статью и видео спасибо, буду рад увидеть продолжение!
                                                        • +1
                                                          Вы не поверите, но вся физика делается вот именно такими мужиками (ну или женщинами) в шортах.
                                                        • 0
                                                          Всё таки стоит добавить, что сопротивление сверхпроводника не точно ноль. Но это занудствую :) Спасибо за статью, очень интересно.
                                                          • +3
                                                            Может тогда подскажите, сколько именно? Желательно со ссылкой на публикацию. А то мне не попалась ни одной, в которой авторы смогли бы найти сопротивление.
                                                            • –1
                                                              Я, может, вру, но реактивное сопротивление (т. е. емкость с индуктивностью) никуда не деваются. А это — какие-никакие, но потери.
                                                              • +1
                                                                Реактивное сопротивление — оно на то и реактивное, что потерь не вызывает.
                                                                • –1
                                                                  Это такая шутка?
                                                                  • +1
                                                                    Нет, это абсолютно серьёзно. Реактивное сопротивление вызывает сдвиг фазы, но само по себе не создаёт дополнительных потерь.
                                                                    Возьмите колебательный контур: индуктивное сопротивление есть, ёмкостное сопротивление есть, но если активного сопротивления нет, то ток будет течь вечно…
                                                                    Другое дело, что если включить в розетку конденсатор, то потечёт ток, который вызовет потери на активном сопротивлении обкладок и подводящих проводов при отсутствии какой-либо полезной работы. Это — потери. Но потери на активном сопротивлении, а реактивное лишь вызвало ток.
                                                                    • 0
                                                                      Мощность — комплексным числом, S=P+jQ, где j — обозначение комплексной составляющей.
                                                                      Полное сопротивление линии Z=R+jX

                                                                      Теперь, чтобы получить потери напряжения в линии есть две составляющие:
                                                                      dU=(S*)Z/U1, где U1 — напряжение в начале линии. Принимается в расчетах с углом 0°.
                                                                      S* — сопряженное число.

                                                                      Разбивая на активную и реактивную составляющую:
                                                                      dUa=(P*R+Q*X)/U1
                                                                      dUr=(P*X-Q*R)/U1

                                                                      Активное сопротивление принимаем бесконечно малым, формула приводится к виду:
                                                                      dUa=Q*X/U1
                                                                      dUr=-Q*R/U1

                                                                      Результат — активная составляющая потерь обусловлена реактивным сопротивлением.
                                                                      • 0
                                                                        Это вы посчитали потери напряжения, а не энергии. Тут же всех интересует именно последняя.
                                                                        • 0
                                                                          Хм… ну, у вас написано
                                                                          Реактивное сопротивление — оно на то и реактивное, что потерь не вызывает
                                                                          без уточнения, что за потери. Так да, потери мощности вызываются только активным сопротивлением. Но утверждение, что реактивное сопротивление не вызывает потерь в общем неверно.

                                                                          • 0
                                                                            А теперь прочитайте, еще и предыдущий комментарий, на который я отвечал. А так-то да — можно вырвать из контекста и что угодно опровергнуть. Может они еще потери габаритов вызывают из-за того, что некоторые устройства можно делать значительно компактнее, или еще что-нибудь теряется.
                                                                            • –1
                                                                              В том комментарии было отмечено, что реактивное сопротивление вызывает потери. Или потеря напряжения уже не потеря?
                                                                              • 0
                                                                                Вообще говоря, потеря напряжения тут мнимая.
                                                                                Представьте себе генератор с нулевым активным сопротивлением обмотки, ЛЭП с нулевым активным сопротивлением и какую-то резистивную нагрузку на конце ЛЭП. Пусть на подходе к нагрузке у нас 220 В. Теперь подключим последовательно с нагрузкой, допустим, конденсатор, причём с нулевым активным сопротивлением обкладок.
                                                                                Конечно, по вашим формулам мы получим, что какое-то напряжение падает на конденсаторе и кажется, что нагрузке достаётся меньше 220 В. Но это не так: конденсатор, индуктивность обмотки генератора и сопротивление нагрузки создают колебательный контур, совершающий вынужденные колебания. Амплитуда этих колебаний будет возрастать ровно до тех пор, пока мощность, выделяемая на активном сопротивлении, не совпадёт с мощностью привода генератора. А это произойдёт тогда, когда напряжение на активном сопротивлении повысится вновь до 220 В. При этом напряжение в ЛЭП будет выше и на конденсаторе всё также будет падать заметное напряжение (впрочем, оно может быть небольшим, т.к. привод генератора раскрутит его до больших оборотов и, соответственно, большей частоты), но потерь при этом никаких не будет: мощность и напряжение на нагрузке останутся прежними.
                                                                                Другое дело, что реальные электростанции поддерживают стабильными частоту и напряжение, а не мощность, так что реактивное сопротивление может снизить мощность, которую электростанция отдаёт потребителю, и вызвать рост удельных потерь энергии на активном сопротивлении обмоток и ЛЭП, которые в реальности не нулевые (даже если есть сверхпроводящие участки ЛЭП, они всё равно не по всей длине от генератора до утюга). Однако уже давным давно придуманы компенсаторы реактивной мощности: ведь в плане реактивности обычные ЛЭП от сверхпроводящих не отличаются, так что эту проблему стали решать давным давно…
                                                                                • 0
                                                                                  Она не мнимая, а вполне реальная. В расчетах режимов работы электрических сетей эта формула довольно активно применяется.
                                                                                  Вот один из примеров:Voltage drop calculation: voltage change during drive start.
                                                                                  В электрических сетях чисто активных нагрузок мало, много элементов, которые обладают емкостью, потому есть перетоки реактивной мощности. А она оказывает сильное влияние на падение напряжения. Так что напряжение в конце линии будет не кажется, что нагрузке достаётся меньше 220 В, а именно что меньше 220 В.
                                                                                  В общем случае, как-то так:
                                                                                  image
                                                                                  • 0
                                                                                    Вы вообще дальше первого предложения мой комментарий читали?..
                                                                                    • 0
                                                                                      Читал. Например это:
                                                                                      напряжение в ЛЭП

                                                                                      Это что? Падение напряжения в ЛЭП? Напряжение относительно земли?

                                                                                      И речь изначально была о том, что на реактивном сопротивлении потерь на бывает. Оказалось, что теперь надо ставить компенсатор и потерь не будет. Так они будут или нет в обычной линии без компенсаторов?
                                                                                      • 0
                                                                                        Это напряжение между проводами ЛЭП.

                                                                                        Оказалось, что компенсатор надо ставить из-за наличия ещё и активного сопротивления. В идеальной системе, не имеющей активного сопротивления нигде, кроме нагрузки, никакие компенсаторы не нужны.
                                                                                        • 0
                                                                                          Для простоты возьмем однофазную схему, как на рисунке выше. Приведена формула с потерями активной составляющей напряжения от реактивной мощности. Сверхпроводник имеет реактивное сопротивление. Пренебрегаем активным (R=0). Потери не пропадают.
                                                                                          • 0
                                                                                            Вы опять забываете о влиянии реактивного сопротивления на генератор… В идеальной сети у нас напряжение возрастёт, в точности скомпенсировав «потери» на реактивном сопротивлении.
                                                                                            • 0
                                                                                              Смотрим рисунок. Там идеальный генератор без внутреннего напряжения. На его выходе зафиксировано напряжение 220 В. Есть линия с сопротивлением. Есть нагрузка с реактивной мощностью. Режим установившийся. Напряжение на нагрузке будет не 220В, а ниже из-за потери напряжения. В этой диаграмме Е неизменно и зафиксировано.
                                                                                    • 0
                                                                                      опечатка на рисунке. Вместо дельты ∴
                                                                                  • 0
                                                                                    Ок. А понижающий трансформатор тоже теряет напряжение? А повышающий, стало быть, приобретает.
                                                                                    • 0
                                                                                      Потеря напряжения есть везде. Так никто не считает, как в вашем предложении. Напряжения приводятся к какой-то одной величине, или ВН или НН трансформатора. И да, в такой системе напряжение в Т-образной схеме замещения питающей стороны будет выше принимающей.
                                                                                      • 0
                                                                                        Теперь решили ограничиться половиной комментария…
                                                                                        Я же сам и сказал, что пример гипотетический, иллюстрирующий отсутствие каких-либо потерь в идеальной системе. Сам же указал, почему в реальных системах не так, и что в них есть свои решения вопроса.
                                                                                        • 0
                                                                                          В каком месте половина комментария? Для потерь напряжения приводиться все к питающей обмотке и, независимо от того, у нас 100/1000 В или 100/12 В, получается на входе 100В, на выходе 95В. Какой бы трансформатор не был. Потом полученное число можно умножить на коэффициент трансформации и получиться значение напряжения U2.
                                                                                          • 0
                                                                                            Я отвечал из e-mail, думал, не заметил, что это про трансформаторы.

                                                                                            Хотя фраза «Для потерь напряжения приводиться все к питающей обмотке и, независимо от того, у нас 100/1000 В или 100/12 В, получается на входе 100В, на выходе 95В. Какой бы трансформатор не был» вызывает искреннее удивление…
                                                                                            • 0
                                                                                              Это основы электрических машин. Читается на первой лекции. Упрощение способа расчетов параметров трансформатора.
                                                                                              Формулы
                                                                                              Или пример из учебного пособия по теоретическим основам электротехники
                                                                                              • 0
                                                                                                Это потому что реальные трансформаторы не чисто реактивные. Были бы чисто реактивные — ничего не терялось бы.
                                                                                                • 0
                                                                                                  Вы попробуйте посчитать с реактивными только элементами. Тоже получиться разница в напряжении. Естественно, при передаче полной мощности.
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Напряжение всегда определяется импедансом порта. Если у вас мощность не поменялась и импеданс не поменялся, то и напряжение не поменялось. Импеданс можно регулировать — это называется согласованием
                                                                                                    • 0
                                                                                                      Имеется ввиду такая схема замещения силового трансформатора (принимаем все R=0):

                                                                                                      Параметры с ' — приведенное к первичной обмотке. При протекании полной активной мощности U1 и U'2 будут разные.
                                                                                                      • 0
                                                                                                        Угу. Это потому что у вас выход не согласован и часть мощности отражается в источник. Если вы согласуете выход, то все будет ок.
                                                                                                        • 0
                                                                                                          Для 50 Гц отражение играет такую большую роль?
                                                                                                          • +1
                                                                                                            Да, какая разница, какая частота?
                                                                                                            • 0
                                                                                                              Я к тому, что в бытовой сети согласованная нагрузка в 99,99% не применяется (включилась лампочка и все, нагрузка уже не согласована). Да и емкостная нагрузка — большая редкость.
                                                                                                              • 0
                                                                                                                Вообще говоря, согласование в сети еще как применяется, только не на стороне потребителя. Только дело не в этом, а в том, что начальный тезис был про потери в реактивных цепях. Вы сейчас пытаетесь выдать отражение мощности от несогласованной нагрузки за потери. Ну таким образом и в куске идеального проводника может потеря возникнуть.
                                                                                                                • 0
                                                                                                                  и что, потерь напряжения в реактивных элементах сети при передаче полной мощности разве нет?
                                                                    • 0
                                                                      Они есть только для переменного тока. Для переменного у сверхпроводника есть и активное сопротивление.
                                                                      Но для постоянного тока все сопротивления в точности нулевые.
                                                                  • +1
                                                                    Тоже любопытно, с чего это оно не нулевое?
                                                                    Экспериментально подтверждено, что если блок из сверхпроводника намагнитить, запустив в нем кольцевой ток, то этот ток там будет бежать практически не затухая. То есть, конечно, будет наблюдаться flux creep, но он экспоненциально уменьшается и как таковым электрическим сопротивлением не является. На эту тему вообще огромное количество работ, и это эффект очень перспективен в плане применения.
                                                                    Потери на переменном токе тоже связаны не с резистивностью, а как уже отметили с индуктивностью и емкостью провода, а также перемагничиванием собственным магнитным полем.
                                                                    • 0
                                                                      Ну почему же не с резистивностью… Из-за реактивного сопротивления появляется разность потенциалов, которая ускоряет неспаренные электроны (они ведь в каких-то количествах всегда есть), и они испытывают вполне себе активное сопротивление.
                                                                      Другой вопрос, насколько этот эффект значим при 50 Гц…
                                                                      • 0
                                                                        Потери на переменном токе — это достаточно серьезная проблема в лентах. Потери в 1 метре кабеля на 1 килоампер могут измеряться единицами ватт. Для их уменьшения применяют разные решения. Можно просто использовать ленты сильно ниже криттока (на 10-20% от криттока потери существенно ниже). Наиболее популярные нынче методы борьбы с АС-потерями это филаментизация (т.е. нарезание сверхпроводящего слоя в ленте на много узких стрендов)
                                                                        image
                                                                        или транспонирование, например изготовлением Рёбель-кабеля
                                                                        • 0
                                                                          Однозначно подтверждаю — АС потери штука весьма значимая, особенно если учесть фактор охлаждения (для азотных температур это около 20 ватт на отвод одного ватта тепла, для гелия много больше). Выделяют 2 механизма потерь — гистерезисные и каплинговые (не уверен, как правильно по-русски будет). Уменьшение гистерезисных — филаментизация, магнитный момент уменьшается с площадью контура с током. Для уменьшения каплинговых потерь нужна транспозиция лент и/или филаментов (Роебел кабель и не только). Бытует мнение, что это все важно только для переменного тока, однако каждое изменение тока чревато тепловыделением (подача тока на постоянный магнит, волнения при определенном постоянном токе, внешние магнитные поля и т.д.). Для примера — сверхпроводящий магнит, на изменение поля с 1 на 2 тесла уходит больше часа, быстрее нельзя, из-за потерь провод разогреется и перейдет в нормальное состояние.
                                                                          П.С.
                                                                          Привет СуперОксу из Братиславы -)
                                                                          Только на прошлой неделе закончили измерение потерь на Роебеловских кабелях из Карлсруе, в том числе и из ваших лент.
                                                                      • 0
                                                                        Потому что время жизни куперовской пары не бесконечность. Всё равно происходит их распад и в какой-то степени и энергия теряется. На практике это, конечно, очень слабо заметно, но квантовая механика просто не любит точных чисел.
                                                                        • 0
                                                                          На каком основании сделан вывод о нестабильности куперовской пары? Её распад как раз требует подведения извне существенной энергии, сама по себе она распасться неспособна, как не способен сам по себе ионизироваться атом водорода.
                                                                          • 0
                                                                            Вы не поверите, но даже то что протон абсолютно стабилен ещё не доказано. На счёт конкретных цифр я попробую поискать в понедельник, когда у меня будет доступ к литературе.
                                                                            • +1
                                                                              Вообще-то не доказано как раз то, что он не стабилен. Именно это утверждение нуждается в доказательствах, а не обратное.
                                                                              И его распад предсказывают на основе расчётов, которые показывают, что у него есть энергетически выгодные гипотетические каналы распада. А вот у куперовских пар таковых нет.
                                                                              • +1
                                                                                Вы не поверите, но даже то что протон абсолютно стабилен ещё не доказано.
                                                                                И никогда не будет доказано. Т. к. доказать несуществование в физике вообще нельзя.
                                                                            • 0
                                                                              Я вот не совсем понял как распад куперовской пары приводит к появлению электросопротивления (хотя я запросто могу чего-то не понимать). Распавшись куперовская пара выпадает из числа задействованных носителей заряда, но в сверхпроводнике остается еще 100500 куперовских пар, которые продолжают заряд переносить. А так как вовлеченность в процесс переноса заряда вроде как не вносит изменений в энергию пары (т.к. она сидит на уровне бозе-конденсата и энергия у нее фиксированная), то есть двигается по кристаллу она без затрат энергии (собственно от этого и получается сверхпроводимость), то событие что какая-то пара вдруг распалась и двигаться перестала не ведет к каким-то необратимым затратам энергии со стороны источника ЭДС. А все затраты энегрии на распад пары прилетели от термических флюктуаций других электронов или еще откуда-нибудь.
                                                                              • 0
                                                                                Видимо имеется ввиду, что если мы закольцуем ток, то в нём движутся пары. Теперь они постепенно распадаются — ток типа теряется. При этом правда не учитывается, что сколько распадается — столько и новых рождается. И при распаде одной пары, «попытке» тока упасть, индуктивность живо разгонит новую пару, тем самым сохранив ток неизменным.
                                                                        • 0
                                                                          Производителей сверхпроводящих проводов, все-таки больше 4-х, правда не все их производят для продажи, есть компании «в себе». На вскидку — SuperPower, SuperOx, AMSC, Fujicura, Sunam, Bruker, Theva, Sumitomo (BSCCO) — это те, что на слуху, и продукцию которых щупал.
                                                                          • 0
                                                                            Под четырьмя производителями мы имеем ввиду SuperOx, Sunam, Superpower и AMSC, у которых вы можете запросить коммерческое предложение и купить ленту второго поколения. Fujikura провод конечно делает, причем возможно лучше чем все вышеперечисленные, но что-то пока никто его у них так и не купил. Загадочная компания какая-то. Theva только налаживает свою технологию, Bruker тоже пока экспериментальные образцы делает для себя (продакшн-линию они продали Русскому сверхпроводнику и те ее уже который год запускают). STI еще что-то обещает, но пока от них образцов даже не видно. Вроде китайцы какие-то тоже что-то производить собирались, но пока ничего про это не слышно. Sumitomo и прочие InnoST — это первое поколение лент.
                                                                            • 0
                                                                              Спасибо за развернутый комментарий — теперь все встало на свои места. Да, от Fujikura пока только образцы видел/мерял, но они были согласны продать нам ленту, вопрос был только в сроках в связи с переездом, в итоге заказали у вас.

                                                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                          Самое читаемое