СПРС з фізики на тему: “ Надпровідники “

без втрат. Явище надпровідності було відкрито[1]в 1911 році голландським науковцем

Камерлінґ-Оннесом, лауреатом Нобелівської премії 1913 року. Усього за відкриття в області надпровідності було видано п'ять Нобелівських премій з фізики: в 1913, 1972, 1973, 1987 та 2003 роках.

при звичайних температурах. Перехід до надпровідного стану відбувається при певній

температурі, яку називають критичною температурою надпровідного переходу. Надпровідність, проте, може бути зруйнована, якщо помістити зразок у зовнішнє магнітне поле, яке перевищує певне критичне значення. Це критичне магнітне поле зменшується при збільшенні температури.

в Лейденському університеті (Голландія). Скраплений гелій дозволив досягти рекордно низької

температури — близько 4 К. Отримавши рідкий гелій,Камерлінг - Оннес почав займатись вивченням властивостей різних матеріалів при гелієвих температурах.

при наднизьких температурах. Було відомо, що з ростом температури R

(опір) зростає. Отже, можна очікувати, що із зменшенням температури R (опір) буде зменшуватись. А от до якої межі?

електронів, що проходить через кристалічну ґратку провідника. При ненульових температурах

атоми в ґратці здійснюють коливання навколо центру рівноваги, між вільними електронами та атомами відбувається зіткнення (розсіювання). Звернемо увагу на два наслідки такого зіткнення. По-перше, електрони втрачають свою енергію,отриману від електричного поля джерела ЕРС. По-друге, вони відхиляються від початкового напрямку. Ці два наслідки відображаються в зменшенні струму, тобто в виникненні опору. При зниженні температури амплітуда коливань атомів зменшується, а значить, зменшується і ймовірність розсіювання на них електронів, тобто падає опір. Така модель довгий час задовольняла фізиків і якби залежність R(Т) пішла б по цьому варіанту, то це сприйнялося б із розумінням.

Тут могло б бути три варіанти:

опір Rобумовлений зіткненням електронів не тільки з атомами, що коливаються.

Електрони з успіхом можуть розсіюватися і на нерухомих атомах. Тобто,розсіювання зменшиться, але зовсім не зникне, тому R ≠ 0. Крім того існує можливість розсіювання електронів на дефектах ґраток.

не залишається, опір зростає до нескінченості (∞).
Отже, теоретично можна

було припустити різні варіанти, але реальність, як часто буває, суперечить всім планам і теоріям.

і продовжив знижувати температуру. При досягненні Т = 4,2° К

прилад перестав фіксувати опір. Оннес міняв прилади в дослідній установці, оскільки побоювався їхньої несправності, але прилади незмінно показували нульовий опір, незважаючи на те, що до абсолютного нуля не вистачало ще 4 К.

надпровідність властива ртуті й іншим матеріалам? ;
· опір знижується

до нуля або ж він настільки малий, що прилади, які існують,не можуть його виміряти, і багато інших.

опір. В надпровідному колі збуджувався електричний струм, який, як було

встановлено за відхиленням магнітної стрілки, не згасав багато років. За розрахунками питомий опір надпровідника дорівнював близько 10-25Ом•м. Порівнюючи отримане значення з питомим опором міді — ρCu=1.5۰10 -8 Ом • м, видно, що питомий опір надпровідника на 17порядків менший, тому можна вважати, що опір надпровідника дорівнює 0. Якщо в замкнутому контурі, що знаходиться в надпровідному стані створити електричний струм, то він буде протікати тижні й навіть роки, не зменшуючись.

матеріалах та сплавах. Важливим наріжним каменем в дослідженні властивостей надпровідників

було відкриття ідеального діамагнетизму надпровідників (або виштовхування зовнішнього магнітного поля з надпровідника), відомого як ефект Мейснера - Оксенфельда в 1933 році. В 1935 році брати Фріц та Хайнц Лондоні запропонували першу теорію надпровідності, яка хоча й була повністю феноменологічною, проте пояснювала ефект Мейснера - Оксенфельда.

та Львом Давидовичем Ландау нова феноменологічна теорія, яка вперше враховувала

квантово-механічну природу явища. В межах цієї теорії Олексієм Абрикосовим в1957 році було передбачено існування надпровідників II роду. В тому ж році Джон Бардін, Леон Купер та Джон Роберт Шріффер опублікували роботу, в якій дали мікроскопічне пояснення явища надпровідності, яке одержало назву Теорії Бардіна – Купера - Шрифера.

виникають такі струми, магнітне поле яких повністю компенсує зовнішнє магнітне

поле, тобто магнітне поле виштовхується із надпровідника. Завдяки цій властості виникає явище левітації надпровідника над магнітом (або магніта над поверхнею надпровідника ), яке отримало назву труна Магомета. Сильне магнітне поле руйнує надпровідність. Проте надпровідники розрізняються за своєю поведінкою у відносно сильних магнітних полях, у залежності від поверхневої енергії границі розділу надпровідної й нормальної фаз.

руйнується, якщо поле перевищує певний рівень, який називається критичним магнітним

полем. У надпровідників II роду поверхнева енергія границі розділу нормальної та надпровідної фаз від'ємна, тож магнітне поле, коли його напруженість перевищує певне значення (воно називається першим критичним полем),починає проникати в надпровідник поступово в певних місцях, навколо яких утворюються вихрові струми (див. Абрикосівський вихор). Якщо збільшувати магнітне поле далі, то нормальних областей стає дедалі більше, й при критичному полі надпровідність руйнується повністю. Надпровідники другого роду використовуються для створення надпровідних електромагнітів.

та електронів. Відомо, що електрони в атомі можуть перебувати тільки

у визначених станах, яким відповідають дискретні значення енергії. Таким чином атом може поглинати і випромінювати енергію певними порціями — квантами. Однак, якщо ми перейдемо до макроскопічного тіла, де концентрація електронів перевищує 1022 см-3, то квантовий характер зміни енергії кожного електрону «змазується» великою кількістю таких електронів, що поглинають або випромінюють енергію, і ми бачимо суцільний спектр поглинання або випромінювання енергії макроскопічними тілами.

параметру порядку, який пізніше зв'язали з хвильовою функцією куперівських пар.

Теорія дозволила успішно аналізувати поведінку надпровідника в магнітному полі.

застосування якого має принести людству незліченні здобутки. Надпровідний струм є

без дисипативним, тобто при протіканні постійного струму в надпровіднику не виникають звичайні резистивні втрати. Це причина, завдяки якій використання надпровідних пристроїв виявляється одним з найбільш важливих і перспективних шляхів енергозбереження.

генерації, передачі,трансформації та використанні електроенергії з приблизно 30-35% до 1-2%,

що є рівнозначним побудові кількох нових потужних електростанцій в Україні.