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Supraleitung

1911-04-08
  • Heike Kamerlingh Onnes
Kryogener Laboraufbau zur Demonstration von Supraleitung mit festem Quecksilber.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Im Jahr 1911 entdeckte Heike Kamerlingh Onnes die Supraleitung bei der Untersuchung des Widerstands von festem Quecksilber. kryogen temperatures. He observed that the electrical resistance of mercury abruptly dropped to zero at a kritische Temperatur ([latex]T_c[/latex]) of 4.2 K. This phenomenon, termed superconductivity, represents a state of matter with exactly zero electrical resistance and expulsion of magnetic fields.

The discovery was a direct consequence of Onnes’s pioneering work in low-temperature physics, specifically his successful liquefaction of helium in 1908. This achievement opened up a new temperature regime for experimental investigation, down to about 1 K. Onnes was initially investigating how the electrical resistance of pure metals behaved at these extremely low temperatures. Prevailing theories suggested that resistance would either level off to a constant value or increase again as electron motion ceased. However, when his team cooled a sample of solid mercury, they observed a sudden, complete disappearance of resistance at 4.2 K. Onnes initially suspected a short circuit but soon confirmed the phenomenon was real and intrinsic to the material. He called this new state “supraconductivity” (later superconductivity). This discovery was revolutionary because classical physics could not explain how electrons could move through a material lattice without any energy loss. It marked the birth of a new field of physics and demonstrated the existence of macroscopic quantum phenomena, where quantum effects become visible on a large scale. The zero-resistance state implies that a current induced in a superconducting loop could persist indefinitely without a power source, a concept later verified in persistent current experiments.

The implications were profound, suggesting possibilities for lossless energy transmission and the creation of extremely powerful magnets. However, the extremely low temperatures required (liquid helium temperatures) made practical applications challenging for many decades. The discovery spurred a global research effort to find materials with higher critical temperatures and to develop a theoretical understanding of the underlying mechanism, a puzzle that would remain unsolved for nearly 50 years until the advent of the BCS theory.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Festkörperphysik

Typ

Physikalische Eigenschaft

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Verflüssigung von Helium (1908)
  • Entwicklung von Kryogenik
  • Drude-Modell der elektrischen Leitung
  • Untersuchungen zum elektrischen Widerstand bei tiefen Temperaturen

Anwendungen

  • magnetic resonance imaging (mri)
  • Teilchenbeschleuniger
  • Magnetschwebebahnen
  • supraleitende Quanteninterferenzgeräte (Squids)
  • Stromübertragungsleitungen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • supraleitende Computerprozessoren bei Raumtemperatur
  • persönliche Magnetschwebebahn-Transportkapseln
  • city-scale supraleitende magnetische Energiespeicherung (smes)
  • supraleitende Abschirmung für Raumfahrzeuge gegen kosmische Strahlung
  • verlustfreies globales Stromnetz
  • tragbare Hochfeld-MRT-Scanner für Krankenwagen
  • Quantencomputing basierend auf stabilen, hochtemperatursupraleitenden Qubits
  • supraleitende künstliche Muskeln für die Robotik
  • elektromagnetische Startsysteme für die Weltraumforschung
  • Fusionsreaktoren mit kompakterem und effizienterem magnetischen Einschluss
Verwandte Themen: Supraleitung, Heike Kamerlingh Onnes, kritische Temperatur, Nullwiderstand, Quecksilber, Kryotechnik, Tieftemperaturphysik, Phasenübergang kondensierte Materie, Quantenmechanik.

Historischer Kontext

Supraleitung

1907
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1904
1907
1909
1910
1912
1915
1915-11
1916

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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