Температура и сверхпроводимость

Физика > Температура и сверхпроводимость

 

Сверхпроводимость отображает условия, когда электрическое сопротивление сведено к 0, а магнитные поля вытесняются в некоторых материалах ниже критической температурной отметки.

Задача обучения

  • Рассмотреть поведение сверхпроводника в условиях температурной отметки ниже и слабого магнитного поля.

Основные пункты

  • Сверхпроводимость выступает термодинамической фазой, обладающей особыми характеристиками, на которые не влияют микроскопические детали.
  • В сверхпроводящих материалах характеристики проявляются при снижении температурной отметки ниже критического показателя. В такой момент физические свойства резко меняются.
  • Магнитное поле выбрасывается, если сверхпроводник опускают в слабое внешнее магнитное поле и охлаждают ниже температуры перехода.

Термины

  • Высокотемпературные сверхпроводники – обладают свойствами сверхпроводников при высоких температурных отметках (выше 30 К).
  • Сверхпроводимость – свойство материала, при котором он не сопротивляется потоку электрического тока.
  • Критическая температура – температурная отметка, при которой проявляются характеристики сверхпроводимости.

Сверхпроводимость отображает условия, когда электрическое сопротивление сведено к 0, а магнитные поля вытесняются в некоторых материалах ниже критической температурной отметки. 8 апреля 1911 года ее выявил Хейке Камерлинг-Оннес.

Хейке Камерлинг-Оннес (1853-1926)

Большая часть физических свойств сверхпроводников зависит от материала (теплоемкость, критическая температура и поле, а также плотность, при которой разрушается сверхпроводимость). Но есть свойства, которые не зависят от материала. Например, у всех проводников заметно нулевое удельное сопротивление к низкому приложенному току, если нет магнитного поля или оно не превосходит критическую отметку. Наличие универсальных свойств говорит о том, что сверхпроводимость выступает термодинамической фазой, чьи свойства не подчиняются микроскопическим деталям.

Все характеристики сверхпроводимости начинают показываться при снижении температурной отметки (Т) ниже критической (Тс). Вначале заметны внезапные перемены в физических свойствах. Это проявится в виде скачков.

Поведение теплоемкости (сv – синий) и удельного сопротивления (p – зеленый) в процессе сверхпроводящего фазового перехода

Когда сверхпроводник оказывается в слабом внешнем магнитном поле (Н) и охлаждается ниже температурной отметки перехода, то магнитное поле выбрасывается. Однако оно не выбрасывается полностью из-за эффекта Мейсснера. Скорее на крошечную дистанцию проникает проводник. Этот эффект выступает главной характеристикой сверхпроводимости. Обычно показатель составляет 100 нм.

Сверхпроводникам удается поддерживать ток без приложенного заряда. Этим пользуются в электромагнитах, вроде аппарата МРТ. Эксперименты показывают, что в сверхпроводящих катушках токи могут сберегаться долгие годы без пополнения. В некоторых случаях это продлевается на 100000 лет. Более того, в теории время существования постоянного тока может превзойти время жизни Вселенной.

Отметка критической температуры основывается на материале. У обычных сверхпроводников предел – 20К и меньше. Например, у твердой ртути – 4.2 К. С 2009 года наиболее высокой отметкой считается 39 К для магния диборида (MgB2).

Но это примеры обычных сверхпроводников. Если говорить о высокотемпературных, то стоит вспомнить YBa2Cu3O7 с отметкой в 92К или купраты на основе ртути – выше 130К.

Единичная ячейка сверхпроводника YBaCuO. Атомы отмечены разными цветами



Космос | Лунный календарь | Знаки Зодиака | Натальная карта | Сонник | Телескопы
V-kosmose.com, 2014-2017 гг. Все права защищены.