.RU

Явление сверхпроводимости

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Физика и технология материалов и компонентов электронной техники».

Реферат №3

Выполнил:

Ст. гр. 05-МТЭ-2

Суворова С.А.

Нижний Новгород

2007


Содержание Сверхпроводимость Сверхпроводники 1 и 2 рода Природа сверхпроводимости Теория БКШ Сверхпроводящие материалы Применение
Сверхпроводимость

Сверхпроводимость, свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк , характерной для данного материала. Сверхпроводимость обнаружена у более чем 25 металлических элементов, у большого числа сплавов и интерметаллических соединений, а также у некоторых полупроводников. Рекордно высоким значением Тк (около 23 К) обладает соединение Nb3 Ge.

Основные явления.

Скачкообразное исчезновение сопротивления при понижении температуры впервые наблюдал X. Камерлинг-Оннес (1911) на ртути. Он пришёл к выводу, что ртуть при Т = 4,15 К переходит в новое состояние, которое вследствие его необычных электрических свойств может быть названо сверхпроводящим. Несколько позднее Камерлинг-Оннес обнаружил, что электрическое сопротивление ртути восстанавливается при включении достаточно сильного магнитного поля (его называют критическим магнитным полем Нк ). Измерения показали, что падение сопротивления до нуля происходит на протяжении очень узкого, но конечного интервала температур. Ширина этого интервала для чистых образцов составляет 10-3 — 10-4 К и возрастает при наличии примесей и других дефектов структуры.

Отсутствие сопротивления в сверхпроводящем состоянии с наибольшей убедительностью демонстрируется опытами, в которых в сверхпроводящем кольце возбуждается ток, практически не затухающий с течением времени. В одном из вариантов опыта используются два кольца из сверхпроводящего металла. Большее из колец неподвижно закрепляется, а меньшее концентрически подвешивается на упругой нити таким образом, что когда нить не закручена, плоскости колец образуют между собой некоторый угол. Кольца охлаждаются в присутствии магнитного поля ниже температуры Тк , после чего поле выключается. При этом в кольцах возбуждаются токи, взаимодействие между которыми стремится уменьшить первоначальный угол между плоскостями колец. Нить закручивается, а наблюдаемое постоянство угла закручивания показывает, что токи в кольцах являются незатухающими. Опыты такого рода позволили установить, что сопротивление металла в сверхпроводящем состоянии меньше чем 10-20 омсм (сопротивление чистых образцов меди или серебра составляет около 10-9 омсм при температуре жидкого гелия). Однако сверхпроводник не является просто идеальным проводником, как это считалось ещё в течение более чем 20 лет после открытия сверхпроводимости. Существование значительно более глубокого различия между нормальным и сверхпроводящим состояниями металла стало очевидным, после того как нем. физики В. Мейснер и Р. Оксенфельд (1933) установили, что слабое магнитное поле не проникает в глубь сверхпроводника. Особенно важно, что это имеет место независимо от того, было ли поле включено до или после перехода металла в сверхпроводящее состояние. В отличие от этого, идеальный проводник (т. е. проводник с исчезающе малым сопротивлением) должен захватывать пронизывающий его магнитный поток. Это различие иллюстрирует рис. 2 (а, б, в), на котором схематически изображено распределение поля вблизи односвязного металлического образца на трёх последовательных этапах опыта: а) образец находится в нормальном состоянии, внешнее поле свободно проникает в глубь металла; б) образец охлаждается ниже Тк , магнитное поле выталкивается из сверхпроводника (верхний рисунок), тогда как в случае идеального проводника распределение поля оставалось бы неизменным (нижний рисунок); в) внешнее поле выключается, при этом исчезает и намагниченность сверхпроводника. В случае идеального проводника поток магнитной индукции через образец сохранил бы свою величину, и картина поля была бы такой же, как у постоянного магнита.

Выталкивание магнитного поля из сверхпроводящего образца (это явление обычно называют эффектом Мейснера) означает, что в присутствии внешнего магнитного поля такой образец ведёт себя как идеальный диамагнетик той же формы с магнитной восприимчивостью = —1/4. В частности, если образец имеет форму длинного сплошного цилиндра, а внешнее поле Н однородно и параллельно оси цилиндра, то магнитный момент, отнесённый к единице объёма, будет равен М = —Н/4. Это примерно в 105 раз больше по абсолютной величине, чем удельная намагниченность диамагнитного металла в нормальном состоянии. Эффект Мейснера связан с тем, что при Н < Нк в поверхностном слое сверхпроводящего цилиндра появляется круговой незатухающий ток, сила которого как раз такова, что магнитное поле этого тока компенсирует внешнее поле в толще сверхпроводника. Эффект Мейснера - полное вытеснение магнитного поля из металлического проводника, когда последний становится сверхпроводящим (при напряжённости приложенного магнитного поля ниже критического значения Hk ). М. э. впервые наблюдался в 1933 немецкими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфельдом. В недостаточно чистых металлах, а особенно в сплавах наблюдается частичное «замораживание» магнитного поля в объёме сверхпроводника. Опыт показывает, что в случае больших образцов слабое магнитное поле в условиях эффекта Мейснера проникает в металл на глубину  ~ 10-5 —10-6 см.

Сверхпроводники 1 и 2 рода

По своему поведению в достаточно сильных полях сверхпроводники подразделяются на две большие группы, т. н. сверхпроводники 1-го и 2-го рода. Сверхпроводники 1-го рода, которыми являются все достаточно чистые сверхпроводящие металлические элементы (за исключением V и Nb), теряют С. при поле Н = Нк , когда поле скачком проникает в металл и он во всём объёме переходит в нормальное состояние. При этом удельный магнитный момент также скачком уменьшается примерно в 105 раз. Критическому полю Нк можно дать простое термодинамическое истолкование. При температуре Т < Тк и в отсутствии магнитного поля свободная энергия в сверхпроводящем состоянии Fc ниже, чем в нормальном Fн . При включении поля свободная энергия сверхпроводника возрастает на величину H 2 /8, равную работе намагничивания, и при Н = Нк сравнивается с Fн (в силу малости магнитного момента в нормальном состоянии Fн практически не изменяется при включении поля). Т. о., поле Нк определяется из условия равновесия в точке перехода:

Fc + Н 2 к /8 = Fн . (1)

Критическое поле Нк зависит от температуры: оно максимально при Т = 0 и монотонно убывает до нуля по мере приближения к Тк . Из формулы (1) непосредственно получается (при дифференцировании по температуре) выражение для теплоты фазового перехода в сверхпроводящее состояние:


vid-rabot-42-burenie-i-obustrojstvo-skvazhin-krome-neftyanih-i-gazovih-skvazhin.html
vidatki-byudzhetv-na-nauku-ta-kulturu.html
vidatn-pamyatki-prirodi-ta-arhtekturi-zakarpattya-chast-4.html
vidatn-ukransk-vchen-mediki-amosov-flatov-strazhesko.html
vidavnictvo-hudozhno-lteraturi-v-radyanskomu-soyuz-v-20-90-h-rokah.html
vidayushijsya-sovetskij-psiholog-i-pedagog-pp-blonskij-chast-2.html
  • teacher.bystrickaya.ru/glava-10-smena-polya-boya-finansovaya-nezavisimost-dlya-kazhdogo.html
  • crib.bystrickaya.ru/klassnij-chas-na-temu-miloserdie-i-dobrota-pobedyat-beschelovechnost.html
  • turn.bystrickaya.ru/ot-lichnosti-k-obshestvu-d-i-feldshtejn-zamestitel-glavnogo-redaktora.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/urok-demokratii-v-istorii-respublikanskoj-turcii-ot-nejtraliteta-k-oppozicii-tureckij-ezhenedelnij-zhurnal-akis-v-borbe-za-demokratiyu-v-5-stranica-10.html
  • gramota.bystrickaya.ru/zakonomernosti-mezhdunarodnih-otnoshenij-a-v-torkunov-predsedatel-m-v-ilin-yu-m-kolosov.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-disciplini-mikroprocessornie-sistemi-rekomendovano-metodicheskim-sovetom-ugtu-upi-dlya-napravleniya.html
  • college.bystrickaya.ru/3-mnogokulturnost-i-ee-vospitanie-posobie-adresovano-pedagogam-budushim-uchitelyam-a-takzhe-vsem-zainteresovannim.html
  • studies.bystrickaya.ru/antiinflyacionnoe-regulirovanie.html
  • school.bystrickaya.ru/konstantin-dmitrievich-balmont.html
  • holiday.bystrickaya.ru/nauchno-issledovatelskaya-rabota-skazki-dvojniki.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/smetnaya-pribil-po-vidam-rabot-tehnicheskoe-zadanie-razdel-obshie-trebovaniya-predmet-konkursa-nachalnaya-maksimalnaya.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/publichnie-vistupleniya-10-oshibok-nachinayushego-oratora-psihologiya-obsheniya.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/lekcij-po-mikroekonomike-soderzhanie-stranica-59.html
  • student.bystrickaya.ru/1-fgup-nauchno-proizvodstvennoe-obedinenie-avtomatiki-imeni-akademika-n-a-semihatova-g-ekaterinburg.html
  • composition.bystrickaya.ru/optimizaciya-formirovaniya-kommunikativnoj-kompetentnosti-u-studentov-4-kursa-yazikovogo-vuza-v-ramkah-samostoyatelnoj-raboti-anglijskij-yazik-kak-vtoraya.html
  • education.bystrickaya.ru/16-avarii-katastrofi-chrezvichajnie-situacii-zhizn-sovremennogo-obshestva-nevozmozhna-bez-nauchno-tehnicheskogo-progressa-odnako-ego-burnoe-razvitie-svyazannoe-s.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/vimalananda-zakon-karmi-perevod-i-lyovushkin-redakciya-a-zhuravlyov-e-polyanskaya-robert-e-svoboda-.html
  • lesson.bystrickaya.ru/razrabotka-meropriyatij-po-rasshireniyu-rinka-sbita-produkcii.html
  • composition.bystrickaya.ru/otchet-sudejskoj-kollegii-sorevnovaniya-kluba-takt-po-sportivnomu-turizmu-distanciya-vodnaya-data-provedeniya.html
  • znanie.bystrickaya.ru/asker-zade-n-nasdaq-prorubila-ploshadku-v-peterburg-poglotiv-skandinavskuyu-omx1.html
  • knigi.bystrickaya.ru/sozdanie-komandi-po-vnedreniyu-ssp-i-planirovanie-proekta-3-missiya-cennosti-videnie-i-strategiya-kak-sire-dlya-postroenie-ssp-4-razrabotka-celej-i-pokazatelej-deyatelnosti-stranica-7.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskij-modul-podgotovki-uchitelya-matematiki-k-ispolzovaniyu-cifrovih-obrazovatelnih-resursov.html
  • universitet.bystrickaya.ru/teoreticheskoe-obuchenie-disciplini-nacionalno-regionalnogo-regionalnogo-komponenta.html
  • school.bystrickaya.ru/analiz-dvizheniya-denezhnih-sredstv.html
  • tasks.bystrickaya.ru/2-reshenie-o-vnedrenii-avtomatizirovannogo-proektirovaniya-kurs-lekcij-disciplini-kompyuternie-tehnologii-i-sapr.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/voprosi-k-ekzamenu-po-kursu-mikroprocessornie-sistemi-dlya-grupp-v7-12-k7-12v-k7-12s-2004-2005-uchebnij-god.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/komplekt-diapozitivov-ekologiya-uchebnogo-i-uchebno-naglyadnogo-oborudovaniya-postavlyaemogo-v-2006-g-v-ramkah.html
  • testyi.bystrickaya.ru/6-vospitatelnaya-rabota-otchet-o-rezultatah-samoobsledovaniya-gosudarstvennogo-obrazovatelnogo.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/9-prinuditelnaya-gospitalizaciya-grazhdanina-v-psihiatricheskij-stacionar-i-prinuditelnoe-psihiatricheskoe-osvidetelstvovanie.html
  • shkola.bystrickaya.ru/umovi-prijomu-do-vishih-navchalnih-zakladv-ukrani-1-chastina.html
  • teacher.bystrickaya.ru/francuzskoe-vozrozhdenie-istoriya-iskusstv-zapadnoevropejskoe-iskusstvo-ilina.html
  • letter.bystrickaya.ru/nauchnaya-programma-38-molodezhnoj-shkoli-konferencii-problemi-teoreticheskoj-i-prikladnoj-matematiki.html
  • klass.bystrickaya.ru/ana-tl-3-sinip-blm-talaptan-da-blm-men-ner-jren-1-sabati-tairibilppen-atasi.html
  • control.bystrickaya.ru/e-v-postoevoj-religiozno-filosofskaya-publicistika-l-n-tolstogo-stranica-4.html
  • textbook.bystrickaya.ru/i-togda-ya-voskliknul-uraan-manas-1995-god-kniga-vipushena-po-iniciative-i-pri-podderzhke-obshestvennogo-fonda.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.