Доклад на тему сверхпроводимость физика

Сверхпроводимость: история развития, современное состояние и перспективы Великие научные открытия нередко делаются в процессе осуществления вполне традиционных исследовательских проектов. Именно это произошло 8 апреля года в криогенной лаборатории Лейденского университета, которую семнадцатью годами ранее основал и возглавил профессор экспериментальной физики Хейке Камерлинг-Оннес. Вместе с ассистентами Корнелисом Дорсманом и Гиллесом Хольстом он изучал электрические свойства металлов, охлажденных до температур жидкого гелия. В тот судьбоносный день исследователи обнаружили, что тонкий провод из сверхчистой ртути при охлаждении до 3 градусов Кельвина практически перестает сопротивляться электрическому току.

Радиоэлементы на основе сверхпроводящих пленок. Запоминающие устройства. Завоевание рынка сверхпроводящими устройствами. Чуть более 10 лет назад в средствах массовой информации стали упоминаться такие понятия как "сверхпроводимость", " высокотемпературная сверхпроводимость", "низко - температурная сверхпроводимость" термины, которые ранее обычно употребляли только специалисты - физики. Сообщалось о революционном научном открытии, о прорыве в микроэлектронике и наступлении новой эры в техническом развитии общества.

Доклад по физике. Сверхпроводимость: история развития, современное состояние и перспективы

Сверхпроводники I и II рода б. Разрушение током 7. Некоторые применения сверхпроводимости Литература В г. Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости, изучение которого интенсивно продолжается до наших дней и составляет одно из важнейших направлений физики твердого тела.

Оказалось, что при температуре, близкой к 4 0 К,электрическое сопротивление ртути скачком обращается в нуль. Многие металлы и металлические сплавы при температурах, близких к абсолютному нулю, переходят в особое сверхпроводящее состояние, наиболее поразительным свойством которого является с в е р х п р о в о д и м о с т ь- полное отсутствие сопротивления постоянному электрическому току.

Наведенный в сверхпроводящем кольце ток сохраняется неизменным практически бесконечно долго — в течение нескольких лет не удается обнаружить сколько-нибудь заметного затухания этого тока.

Этот эксперимент провел в г. Эффект сверхпроводимости состоит в исчезновении электрического сопротивления при конечной, отличной от О 0 К, температуре критическая температура- Т к. Открытие Камерлинга-Оннеса повлекло исследования разных веществ —сверхпроводников и их свойств. Были отмечены резкая аномалия магнитных, тепловых и ряда других свойств, так что правильнее говорить не только о сверпроводимости, а об особом, наблюдаемом при низких температурах состоянии вещества.

Сложное соединение ,синтезированное в г. Критическая температура зависит не только от химического состава вещества, но и от структуры самого кристалла. Например ,серое олово является полупроводником, а белое олово- металлом, способным к тому же при температуре, равной 3,72 0 К, переходить в сверхпроводящее состояние. Бериллий—сверхпроводник в виде тонкой пленки. Из всего следует вывод, что сверхпроводимость представляет собой коллективный эффект, связанный со структурой всего образца.

Переход металла в сверхпроводящее состояние и обратно происходит при тех значениях температуры и напряженности магнитного поля, которые соответствуют точкам на кривой зависимости Н к от температуры рис 1. Учитывая обратимость перехода и различие свойств металла в сверхпроводящем и нормальном состояниях, этот переход можно рассматривать как фазовый переход между двумя различными состояниями одного и того же вещества : n-фазой нормальное состояние и s-фазой сверхпроводящее состояние.

Сверхпроводник в магнитном поле. В г. Мейсснером было открыто одно из свойств сверхпроводников эффект Мейсснера. Оказалось, что магнитное поле не проникает в толщу сверхпроводящего образца. Если этот образец при температурах более высоких, чем Тк, то в нем , как и во всяком нормальном металле, помещенном во внешнем поле, напряженность будет отличной от нуля. Не выключая внешнего магнитного поля, начнем постепенно понижать температуру. Коэффициент и называется магнитной проницаемостью вещества.

Это эффект идеального диамагнетизма. Если сверхпроводящий образец поместить во внешнее поле, то в поверхностном слое металла возникает стационарный электрический ток, собственное магнитное поле которого противоположно приложенному полю, что в результате и приводит к нулевому значению индукции в толще образца. Идеальный диамагнетизм сверхпроводников означает возможность протекания поверхностного стационарного тока, не испытывающего электрического сопротивления.

Наличие сопротивления привело бы к тепловым потерям и в отсутствие электрического поля к быстрому затуханию тока. Эффект Мейснера и явление сверхпроводимости, то есть полное отсутствие сопротивления, тесно связаны между собой и являются следствием общей закономерности, которую и установила теория сверхпроводимости.

Достаточно сильное магнитное поле при данной температуре разрушает сверхпроводящее состояние вещества. При действии на сверхпроводник магнитного поля температура Тс снижается. Магнитное поле с напряженностью Нс, которое при данной температуре вызывает переход в-ва из сверхпроводящего состояния в нормальное, называется критическим полем. Тем не менее, был обнаружен класс веществ, сохраняющих свойство сверхпроводимости в мощных магнитных полях и при сильных токах. Изотермические свойства.

Переход вещества в сверхпроводящее состояние сопровождается изменением его тепловых свойств. В сверхпроводниках — по экспоненциальному закону, где а и b — постоянные, независящие от температуры величины. Изотермический переход из сверхпроводящего состояния в нормальное связан со скачкообразным изменением теплопроводности и теплоемкости. Это универсальное свойство сверхпроводников. Различают теплопроводность, связанную с движением электронов , и тепловой поток в решетке кристалла.

Электроны рассеиваются различными причинами колебания решетки, примеси, другие электроны. Результирующая электронная теплопроводность Х эл вычисляется по правилу Изотопический эффект. Максвелл ,Рейндолс при исследовании ртути открыли ,что сверхпроводимость возникает при взаимодействии электронов с решеткой кристалла. В сверхпроводниках возникает взаимное притяжение электронов с образованием электронных пар.

Электрон проводимости е притягивает к себе ион I кристаллической решетки, смещая его из положения равновесия. При этом изменяется электрическое поле в кристалле- ион I создает электрическое поле, действующее на электроны проводимости, в том числе и на электрон e 1 Взаимодействие е 1 и е 2 осуществляется с помощью кристаллической решетки.

Интересно, что именно взаимодействие электронов с решеткой кристалла ответственно за появление сопротивления. При определенных условиях оно приводит к его отсутствию, т. Так было раскрыто объяснение сверхпроводимости. Бардином, Купером, Шриффером была построена теория сверхпроводящего состояния. Квантовая основа. В квантовой теории металлов притяжение между электронами обмен фононами связывается с возникновением элементарных возбуждений решетки.

Электрон, движущийся в кристалле и взаимодействующий с другим электроном посредством решетки, переводит ее в возбужденное состояние. При переходе решетки в основное состояние излучается квант энергии звуковой частоты- фонон, который поглощается другим электроном. Притяжение между электронами можно представить как обмен электронов фононами, причем притяжение наиболее эффективно, если импульсы взаимодействующих электронов антипараллельны.

Возникновение сверхпроводящего состояния вещества связано с возможностью образования в металле связанных пар электронов. Проявление сил притяжения можно представить. Тогда такой электрон вместе с окружающим его облаком представляет собой положительно заряженную систему, которая будет притягиваться к другому электрону.

При низких же температурах силы притяжения играют очень важную роль. Возникновение межэлектронного притяжения не противоречит законам физики.

Два электрона, несомненно, отталкиваются друг от друга ,если находятся в пустоте. Кристаллическая решетка и является той средой , которая делает отрицательной диэлектрическую проницаемость в сверхпроводнике. Расстояние между электронами пары равно: где h-постоянная Планка,u F -скорость электрона на уровне Ферми , k — постоянная Больцмана, Т c —температура перехода в сверхпроводящее состояние.

Вся электронная система сверхпроводника представляет собой связанный коллектив ,простирающийся на громадные , по атомным масштабам, расстояния. Если при сколь угодно низких температурах кулоновское отталкивание между электронами преобладает над притяжением, образующим пары ,то вещество металл или сплав остается по своим электрическим свойствам нормальным.

Если же при температуре Т происходит преобладание сил притяжения над силами отталкивания, то вещество переходит в cверхпроводящее состояние. Важнейшей особенностью связанного в пары коллектива электронов в сверхпроводнике является невозможность обмена энергией между электронами и решеткой малыми порциями, меньшими ,чем энергия связи пары электронов.

Это означает, что при соударении электронов с узлами кристаллической решетки не изменяется энергия электронов и вещество ведет себя как сверхпроводник с нулевым удельным сопротивлением. Квантомеханическое рассмотрение показывает, что при этом не происходит рассеяния электронных волн на тепловых колебаниях решетки или примесях.

А это и означает отсутствие электрического сопротивления. Условия сверхпроводимости. Сверхпроводники I и II рода. Когда магнитный поток проходит через проводник без потерь и когда энергия связана с поверхностями раздела между участками n-фазы и s-фазы граница между двумя фазами всегда обладает поверхностной энергией.

Такие сверхпроводники называются сверхпроводимостью I рода. К ним принадлежат почти все чистые сверхпроводники. Такие сверхпроводники называются свехпроводимостью II рода. К ним относятся многие сверхпроводящие сплавы и сверхпроводники, загрязненные примесями. Сверхпроводимость может разрушаться током.. Если сверхпроводник II рода поместить в сильное внешнее магнитное поле, то критический ток в нем окажется равным 0,т.

Возникает система вихревых нитей и при пропуске тока происходит их взаимодействие. Опытным путем доказано, что жесткие сверхпроводники выдерживают сильные магнитные поля, а благодаря неоднородностям структуры через них можно пропускать большие токи.

Созданы новые сверхпроводящие вещества , дающие возможность получать поля около кгс. Перспектива открытий в этой области не ограничена. Применение сверхпроводимости. Продолжается поиск материалов, позволяющих получать все более мощные магнитные поля.

Соленоиды создают не просто сильные магнитные поля. Возможно получение однородных полей в достаточно большой области пространства, что весьма важно при проведении научных исследований, посвященных изучению свойств вещества в магнитном поле. Наиболее заманчиво применение сверхпроводников в обмотках соленоидов для получения сверхсильных магнитных полей- порядка э и выше. Сильные магнитные поля необходимы, например, при управлении плазменными пучками в установках для исследования и возможного получения управляемых термоядерных реакций и в современных ускорителях заряженных частиц высоких энергий.

В этом случае энергию надо затрачивать только на охлаждение обмоток до температур ниже критической. Каждый элемент провода с током в такой обмотке находится в очень сильном магнитном поле соседних витков, поэтому целесообразно применять сверхпроводники II рода, выдерживающие большие магнитные поля. Для этих целей выявлены сверхпроводимость III рода ниобий-цирконий или ниобий-олово. Сверхпроводящие сплавы используются для получения сверхмощных постоянных магнитов.

В отличие от обычного электромагнита сверхпров. Другим примером применения сверхпроводников является клистрон-управляющий элемент в электрических цепях. На проводник, по которому течет электрический ток, наматывается несколько витков также сверхпроводящей проволоки, но обладающей более высоким значением критического поля Н к.

Много исследований посвящается вопросу об использовании сверхпров. Сверхпроводящий ток является незатухающим. Это позволяет использовать его в качестве идеального запоминающего устройства, хранящего большие и легко считываемые запасы информации.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Сверхпроводимость сверхпроводники

В своей работе я провёл обзор литературы по теме "явление сверхпроводимости" – теме,. которая практически не представлена в. ДОКЛАД. по физике. на тему: «Сверхпроводимость: история развития, современное состояние и перспективы». Выполнил: Удовенко.

Сверхпроводники I и II рода б. Разрушение током 7. Некоторые применения сверхпроводимости Литература В г. Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости, изучение которого интенсивно продолжается до наших дней и составляет одно из важнейших направлений физики твердого тела. Оказалось, что при температуре, близкой к 4 0 К,электрическое сопротивление ртути скачком обращается в нуль. Многие металлы и металлические сплавы при температурах, близких к абсолютному нулю, переходят в особое сверхпроводящее состояние, наиболее поразительным свойством которого является с в е р х п р о в о д и м о с т ь- полное отсутствие сопротивления постоянному электрическому току. Наведенный в сверхпроводящем кольце ток сохраняется неизменным практически бесконечно долго — в течение нескольких лет не удается обнаружить сколько-нибудь заметного затухания этого тока. Этот эксперимент провел в г. Эффект сверхпроводимости состоит в исчезновении электрического сопротивления при конечной, отличной от О 0 К, температуре критическая температура- Т к. Открытие Камерлинга-Оннеса повлекло исследования разных веществ —сверхпроводников и их свойств. Были отмечены резкая аномалия магнитных, тепловых и ряда других свойств, так что правильнее говорить не только о сверпроводимости, а об особом, наблюдаемом при низких температурах состоянии вещества. Сложное соединение ,синтезированное в г. Критическая температура зависит не только от химического состава вещества, но и от структуры самого кристалла. Например ,серое олово является полупроводником, а белое олово- металлом, способным к тому же при температуре, равной 3,72 0 К, переходить в сверхпроводящее состояние. Бериллий—сверхпроводник в виде тонкой пленки.

Оксиды обладали значительной кристаллографической анизотропией магнитного поля. В зависимости от того было направлено внешнее магнитное поле вдоль или перпендикулярно оси С, величина отличалась в десяток раз.

История открытия. Основой для открытия явления сверхпроводимости стало развитие технологий охлаждения материалов до сверхнизких температур.

Сверхпроводимость

Известны уже несколько сотен соединений, чистых элементов, сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Однако нулевое сопротивление не единственная отличительная черта сверхпроводимости. Ещё из теории Друде известно, что проводимость металлов увеличивается с понижением температуры, то есть электрическое сопротивление стремится к нулю. Сверхпроводимость наблюдается не только у чистых металлов, но и у многих химических соединений и сплавов. При этом сами элементы, входящие в состав сверхпроводящего соединения, могут и не являться сверхпроводниками. Это явление получило название высокотемпературной сверхпроводимости, и для его наблюдения можно использовать вместо жидкого гелия жидкий азот.

Сверхпроводимость - презентация

Изотопический эффект[ править править код ] Изотопический эффект у сверхпроводников заключается в том, что температуры Тс обратно пропорциональны квадратным корням из атомных масс изотопов одного и того же сверхпроводящего элемента. Как следствие моноизотопные препараты несколько отличаются по критическим температурам от природной смеси и от друг друга [16]. На эту тему нужна отдельная статья. Поскольку роторами гироскопов служили практически идеально гладкие сферы , использование момента Лондона было одним из немногих способов определить их ось вращения. Вращающееся и при этом ускоряющееся, то есть наращивающее частоту оборотов кольцо из сверхпроводника генерирует гравитационное поле. Экспериментаторы впервые измерили искусственно созданное таким образом гравитомагнитное поле. Вызванное таким способом поле было в миллионов раз слабее гравитационного поля Земли. И хотя этот эффект и был предсказан Общей теорией относительности , данная напряжённость поля оказалась на 20 порядков сильнее расчётного значения [19]. Теоретическое объяснение эффекта сверхпроводимости[ править править код ] Полностью удовлетворительная микроскопическая теория сверхпроводимости в настоящее время отсутствует [20].

Сверхпроводимость была обнаружена во многих металлах и сплавах и в некоторых полупроводниковых и керамических материалах, число которых все возрастает. Два из наиболее удивительных явлений, которые наблюдаются в сверхпроводящем состоянии вещества, — исчезновение электрического сопротивления в сверхпроводнике и выталкивание магнитного потока см.

При нагревании металлов, сопротивление увеличивается, при охлаждении сопротивление уменьшается. При стремлении температуры проводника к нулю, может появиться явление, которое называется сверхпроводимость.

.

.

.

.

.

.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Применение сверхпроводников — Владимир Пудалов
Похожие публикации