< Terug naar het overzicht

Beantwoording deelvragen

Na onderzoek en het uitvoeren van enige experimenten kan ik de vooraf gestelde hoofd- en deelvragen beantwoorden. Allereerst wordt hieronder op alle deelvragen een antwoord gegeven.

Wat is supergeleiding?
Supergeleiding is een begrip in de natuurkunde dat voor het eerst werd waargenomen door Heike Kamerlingh Onnes in 1911. Hierbij werd geconstateerd dat, zoals ook in experiment 3 waarschijnlijk zal worden vastgesteld, er materialen bestaan waarbij de elektrische weerstand onder bepaalde omstandigheden volledig verdwijnt.

Hoe ontstaat supergeleiding?
Een materiaal wordt supergeleidend onder een, voor elk materiaal specifieke, kritische temperatuur Tc. Onder deze temperatuur bewegen de vrije elektronen niet meer los door het materiaal heen, maar in zogenoemde cooper-paren. Ze vormen een tweetal met een ander elektron, waarbij de afstand tussen de elektronen relatief groot is. Hierdoor botsen de elektronen niet meer tegen de atomen aan, waardoor de elektronen zonder elektrische weerstand te ondervinden door het materiaal kunnen bewegen.
Niet alleen de temperatuur is van invloed op een supergeleider, ook het magnetisch veld waarin een supergeleider zich bevindt heeft grote invloed. Er bestaat een zogenoemde kritische veldsterkte Bc waaronder het materiaal alle magnetische veldlijnen buiten sluit. Dit komt doordat een ge´nduceerde stroom in de supergeleider oneindig kan blijven bestaan, vanwege de afwezigheid van weerstand. Hierdoor zal de ge´nduceerde stroom een dusdanige richting hebben dat hij een ge´nduceerd magnetisch veld opwekt wat tegengesteld is aan het oorspronkelijke magnetisch veld. Dit levert het Meissner effect op, wat in 1933 ontdekt is door Walther Meissner, waarbij een klein magneetje boven een supergeleider kan blijven zweven als deze onder zijn kritische temperatuur gebracht wordt.

Welke invloed heeft de temperatuur op een supergeleider?
Zoals bij het ontstaan van supergeleiding al nader is toegelicht bestaat er voor een supergeleider een kritische temperatuur Tc waaronder de elektrische weerstand volledig verdwijnt. Boven de kritische temperatuur van een supergeleider neemt de weerstand lineair toe met de temperatuurstijging, zoals nader toegelicht in het uiteindelijke antwoord op de hoofdvraag.

Welke materialen kunnen worden gebruikt als supergeleider?
Er bestaat een groot aantal supergeleidende materialen. Hierbij is er een onderscheid te maken tussen type 1 en 2. Het type 1 supergeleiders bestaat meestal uit ÚÚn element en heeft een kritische temperatuur van meestal kleiner dan 10 K. De kritische veldsterkte Bc is een stuk lager dan bij type 2 supergeleiders. Het type 2 supergeleiders kent een zogenoemde kritische veldsterkte Bc1, waaronder de supergeleider alle magnetische veldlijnen volledig buitensluit. Boven deze waarde gaat de supergeleider niet direct over in zijn normale toestand, maar worden de magnetische veldlijnen gedeeltelijk toegestaan. Deze toestand van een supergeleider wordt de vortex toestand genoemd. Zodra er een kritische veldsterkte Bc2 bereikt gaat ook een type 2 supergeleider over in zijn normale toestand.

Word supergeleiding al op grote schaal toegepast?
Zoals eerder in dit werkstuk beschreven kent supergeleiding een aantal toepassingen, waarvan de meest gebruikte toepassing de MRI-scan is. De overige toepassingen zoals: magneetzweeftrein, elektriciteitstransport en het gebruik bij datering worden nog niet op grote schaal toegepast. Ze bevinden zich eigenlijk alle in onderzoeks- of testfase, waarbij vaak nog verbeteringen nodig zijn om het op grote schaal toepasbaar te maken. Dit is mede afhankelijk van de hoge-Tc supergeleiders. Hoe hoger de Tc hoe sneller supergeleiding in verschillende sectoren toepasbaar kan zijn. Maar in de toekomst zullen er naar alle waarschijnlijkheid nog vele nieuwe toepassingen van supergeleiding voorkomen, met name voor het opwekken van sterke magnetische velden (CERN) en het geleiden van stroom zonder elektrische weerstand.


< Terug naar het overzicht
© 2019 Roeland van Straten