Cum sa faci o superconductoare la temperaturi ridicate în laborator școlar (capitol din cartea „Supraconductibilitatea“)
Desigur, în școlile noastre, experimentele descrise mai jos sunt mai dificile. Multe componente și instrumente sunt mai puțin accesibile pentru noi.
Deci, în primul rând propunem să învățăm cum să realizăm un superconductor al compoziției Y-Ba-Cu-O. Ca componente inițiale vor fi necesare oxid de ytriu Y2O3. Carbonat de bariu BaCO3 și oxid de cupru CuO.
Se iau 1,13 g oxid de ytriu, 3,95 g carbonat de bariu și 2,39 g oxid de cupru.
Se amestecă și apoi se rupe în praf într-un mortar.
Amestecul rezultat este răcit - țineți-l în cuptor la o temperatură de 950 ° C timp de aproximativ 12 ore.
Se răcește bucata care rezultă și se răstoarnează în mortar.
Apăsați pulberea în tablete (poate că mai târziu vor fi necesare alte forme pentru orice experiment, de exemplu, inele).
Încă o dată, reumpleți comprimatele rezultate la aceeași temperatură și pentru același timp, dar acum cu furnizarea obligatorie de oxigen în cuptor.
Răciți încet comprimatele - viteza de reducere a temperaturii nu trebuie să depășească 100 deg / h.
Note de siguranță
Ca și materialul superconductor Y-Ba-Cu-O, componentele originale nu aparțin numărului de substanțe toxice. Cu toate acestea, atunci când lucrați cu ei, trebuie să urmați anumite reguli. Este necesar să utilizați ochelari de protecție, mănuși și când șlefuți componentele într-un mortar, asigurați-vă că purtați bandaje de tifon pe gură. Inhalarea dioxidului de carbon și a prafului de oxid de cupru este dăunătoare. Desfășurați toate operațiunile într-o cameră dotată cu o capotă - aceasta este totuși un element indispensabil al oricărui echipament de laborator chimic, inclusiv echipament școlar.
Note cu privire la prescripție
Cantitățile indicate ale componentelor de pornire fac posibilă obținerea a aproximativ 7 g de supraconductor Y-Ba-Cu-O sau aproximativ 5 tablete cu un diametru de 1 cm și o grosime de 1 mm. Mai jos vă vom spune despre experiențele care pot fi realizate împreună cu acestea și despre unele dintre dificultățile întâmpinate în procesul de fabricație.
Componentele originale nu se numără printre cele rare. Acestea pot fi obținute cu siguranță în diverse instituții științifice, precum și în multe întreprinderi, în ordinea asistenței de patronaj. Obțineți superconductorul descris printr-o schemă mai simplă și de la alte componente, dar este mai bine să începeți cu rețeta dată. Pentru recoacere, este posibil să se utilizeze un cuptor pentru fabricarea ceramicii. Astfel de cuptoare se găsesc în cani ceramice și în studiouri de artă. Faptul este că supraconductorul fabricat reprezintă, de asemenea, ceramică, precum și unele obiecte de uz casnic familiare. Numai avem nevoie de ceramică-metal, deci tabletele vor avea o culoare diferită - negru.
Este foarte important să se mențină temperatura de recoacere. Lucrarea va fi inutilă dacă temperatura de recoacere scade sub 900 ° C. Depășirea temperaturii de funcționare cu 100 de grade va determina topirea amestecului. Apoi trebuie să-l striviți din nou și să începeți din nou. Deci, trebuie să verificăm mai întâi termometrul cuptorului, de obicei, acesta arată departe de valorile reale.
Este foarte important să răciți încet comprimatele fabricate: răcirea rapidă duce la pierderea oxigenului. Astfel, inițial ciclul de răcire-răcire va dura 20 de ore. Este necesar să se organizeze taxe de noapte.
La fabricare, veți avea nevoie, de asemenea, de o presă. Evaluarea arată că trebuie să dezvoltați un efort de 7 mii kg pe tabletă cu un diametru de aproximativ 1 cm pentru a obține un eșantion bun. Aparent, tableta poate fi comprimată chiar și cu o presă cu șurub auto-făcută.
Merită să fiți atenți la alegerea creuzetului în care materialul este recoace. Creuzetul metalic este capabil să reacționeze cu un superconductor, uneori cu consecințe nedorite. Aceleași consecințe vor avea ca rezultat impuritățile din amestecul de materii prime. De exemplu, 2-3% din impuritatea atomilor de fier în loc de cupru duce la suprimarea supraconductivității.
Ce trebuie să faceți cu tabletele fabricate
Desigur, cineva poate fi convins de scăderea bruscă a rezistenței la tranziția superconductoare. Cu toate acestea, cu ajutorul instrumentelor standard ale laboratorului școlar, este foarte puțin posibil să se distingă eșantionul superconductor de cupru prin magnitudinea rezistenței. O demonstrație mult mai clară a efectului Meissner.
În mod direct pentru experimente este convenabil să se toarnă în celula spumă azot superficial (poate fi folosit pentru acest capac de spumă pe pachetul de instrumente și a unor bunuri de uz casnic). În azot lichid, nu vă puteți lovi doar degetele, ci altfel este aproape sigur să lucrați.
Cel mai simplu experiment este acela că tableta, care nu este răcită în azot, se află liniștit pe magnet, fără a reacționa la câmpul magnetic, iar cel răcit se blochează peste el. Puteți găsi diferite opțiuni pentru această experiență, inclusiv cele foarte impresionante.
Poziția tabletei pe un pol al magnetului este instabilă. Se pare că se află pe culmea unei alunecări alunecoase și se alunecă destul de ușor în lateral. Din mai mulți magneți, se obține o astfel de configurație a câmpului magnetic, astfel încât comprimatul să fie ca într-un "gol". Apoi nu poate fi doar suspendat, ci și răsucite în aer.
Deoarece fricțiunea împotriva aerului este mică, comprimatul se rotește până când temperatura crescătoare atinge Tc (temperatura de tranziție la starea normală). Apoi, comprimatul va cădea pur și simplu pe magneți.
Chiar mai multe experimente spectaculoase pot fi realizate cu o configurație mai complexă a câmpului magnetic. Dacă vă aranjați o "goală" lungă, atunci comprimatul va putea să se deplaseze de-a lungul acestuia la cel mai mic tichet și va face o călătorie destul de lungă de-a lungul traseului de înfășurare. După răcirea în azot lichid, comprimatul păstrează supraconductivitatea în aer la temperatura camerei timp de aproximativ un minut. Experimentele mai lungi ar trebui efectuate în vapori de azot lichid. Din punctul de vedere al confortului răcirii, levitația este mai ușor de demonstrat "dimpotrivă": suspendați o bucată de magnet pe un comprimat supraconductor care se află într-o cuvă cu un azot lichid.
Consultați problema în aceeași temă
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: