Ваше сообщение отправлено. Мы Вам перезвоним!
Вторая индустриализация России

Перезвоните мне!

Закрыть

Сверхпроводимость, явление, открытие, теория и применение

  • Array

Сверхпроводимость, явление, открытие, теория, применение и температура сверхпроводимости.

 

Ознакомиться с концепцией

 

Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов обладать абсолютно нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (т.н. критической температуры).

 

Описание. Явление сверхпроводимости

Открытие сверхпроводимости

Природа, объяснение и теория сверхпроводимости

Классификация, типы и виды сверхпроводников

Температура сверхпроводимости металлов, сплавов и прочих материалов

Свойства сверхпроводников

Применение сверхпроводимости

 

Описание. Явление сверхпроводимости:

Сверхпроводимость — свойство некоторых материалов обладать абсолютно нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (т.н. критической температуры).

Сверхпроводимостью обладают металлы и их сплавы, полупроводники, а также керамические материалы и иные вещества. Существуют даже сверхпроводящие сплавы и материалы, у которых один из элементов или все элементы, входящих в его состав, могут и не быть сверхпроводниками. Например, сероводород, славы ртути с золотом и оловом.

Сверхпроводящее состояние в материале возникает не постепенно, а скачкообразно – при достижении температуры ниже критической. Выше этой температуры металл, сплав или иной материал находится в нормальном состоянии, а ниже ее – в сверхпроводящем. Для некоторых веществ переход в сверхпроводящее состояние становится возможным при определенных внешних условиях, например, по достижении определенного значения давления.

Сверхпроводимость как явление сопровождается  несколькими эффектами. Определяющее значение имеют два из них: исчезновение электрического сопротивления и выталкивание магнитного потока (поля) из его объема. Поэтому важнейшее значение приобретает не только критический ток, но и критическое магнитное поле – определенное значение напряженности магнитного поля, по достижении которого сверхпроводник теряет свойство сверхпроводимости.

Явление сверхпроводимости может быть продемонстрировано на практике. Если взять проводник, закольцевать его, сделав замкнутый электрический контур, охладить его до температуры ниже критической и подвести к нему электрический ток, а после чего убрать источник электрического тока, то электрический ток в таком проводнике будет существовать неограниченно долгое время.

В настоящее время получены сверхпроводники, обладающие свойством сверхпроводимости при комнатной температуре.

 

Открытие сверхпроводимости:

Явление сверхпроводимости впервые открыл в 1911 г. голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес, исследуя зависимость электрического сопротивления металлов от температуры.

Сверхнизкими температурами он начал интересоваться ещё в 1893 г., когда он создал криогенную лабораторию.

В 1908 г. ему удалось получить жидкий гелий.

Охлаждая с его помощью металлическую ртуть, он с удивлением обнаружил, что при температуре, близкой к абсолютному нулю (4,15 К), электрическое сопротивление (р) ртути скачком падает до нуля.

Сверхпроводимость_2

В 1912 году были обнаружены ещё два металла, переходящие в сверхпроводящее состояние при низких температурах: свинец и олово.

Впоследствии были открыты и другие сверхпроводники.

 

Природа, объяснение и теория сверхпроводимости:

Следует отметить, что полностью удовлетворительная теория сверхпроводимости в настоящее время отсутствует.

В 1957 г. Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шриффер предложили так называемую теорию БКШ (Бардина – Купера – Шриффера).

Электрический ток представляет собой движение электронов. В обычном проводнике электроны двигаются поодиночке и самостоятельно преодолевают различные препятствия на своём пути. При этом в ходе движения они сталкиваются друг с другом и с кристаллической решеткой, теряя при этом свою энергию. Таким образом, в проводнике из-за различных препятствий возникает электрическое сопротивление.

Электроны в обычных условиях имеет спин, принимающим значение -1/2 или +1/2. Но при определенных условиях (при понижении температуры ниже критической) они образуют пары. Электроны с противоположными значениями спина притягиваются друг к другу. Эти образованные пары также называют куперовской парой. Эта пара имеет нулевой спин и удвоенный заряд электрона. Поскольку суммарный спин этой пары равен нулю, то она обладает свойствами бозона. Бозоны образуют конденсат Бозе-Эйнштейна, к которому присоединяются все свободные бозоны, и находятся в одном квантовом состоянии. Они становятся единым целым, способным двигаться без столкновения с решеткой и оставшимися электронами, то есть без потерь энергии, без электрического сопротивления. Так возникает эффект сверхпроводимости.

Однако данная теория не способна объяснить сверхпроводимость при высоких температурах (высокотемпературную сверхпроводимость).

 

Классификация, типы и виды сверхпроводников:

По критической температуре сверхпроводники разделяются на низкотемпературные, если критическая температура ниже 77 K (-196 оС), и высокотемпературные.

Температурой разделения является температура кипения азота, которая составляет 77,4 K (-195,75 °C).

Данное деление имеет практическое значение. В первом случае охлаждение производится жидким или газообразным гелием, а во втором случае —  более дешевым жидким или газообразным азотом.

По отклику сверхпроводников на магнитное поле они бывают сверхпроводниками I рода и сверхпроводниками II рода.

Сверхпроводники I рода по достижению единственного определенного значения напряженности магнитного поля (т.н. критического магнитного поля, Hc) теряют свою сверхпроводимость. До этого значения магнитное поле огибает сверхпроводник, а свыше его – проникает внутрь и проводник теряет свою сверхпроводимость.

У сверхпроводников II рода имеется два критических значения магнитного поля Hc1 и Hc2. При приложении магнитного поля первого критического значения Hc1 происходит частичное проникновение магнитного поля в тело сверхпроводника, однако сверхпроводимость сохраняется. Выше второго значения критического поля Hc2, сверхпроводимость разрушается полностью. В магнитных полях от первого до второго критического значения в сверхпроводнике существует вихревая структура магнитного поля.

По материалу сверхпроводники подразделяются чистые элементы, сплавы, керамику, сверхпроводники на основе железа, органические сверхпроводники и прочие.

 

Температура сверхпроводимости металлов, сплавов и прочих материалов:

Материалы Критическая температура, К Критические поля (при 0 К), Гс (Э*)
Сверхпроводники 1-го рода   Hc
Родий 0,000325 0,049
Вольфрам 0,012 1*
Гафний 0,37 —**
Титан 0,39 60
Рутений 0,47 46*
Кадмий 0,52 28
Цирконий 0,55 65*
Осмий 0,71 46,6*
Уран 0,8 —**
Цинк 0,85 53
Родий 0,9 —**
Галлий 1,08 59
Алюминий 1,2 100*
Рений 1,7 188*
Сплав Аu-Bi 1,84 —**
Таллий 2,37 180
Индий 3,41 280
Олово 3,72 305
Ртуть 4,15 411
Тантал 4,5 830*
Ванадий 4,89 1340*
Свинец 7,19 803
Технеций 11,2 —**
H2S (сероводород) 203 при давлении 150 ГПа 720 000
Сверхпроводники 2-го рода   Hc1 Hc2
Ниобий 9,25 1735 4040
Nb3Sn 18,1 220 000
Nb3Ge 23,2 400 000
Pb1Mo5,1S6 14,4 600 000
YBa2Cu3O7 93 1000*** 1 000 000***
HgBa2Ca2Cu3O8+x 135 —** —**

Примечание к таблице:

* для материалов, помеченных * значение критического поля указано в Э (эрстед), для остальных в Гс (гаусс).

** — нет данных.

*** Экстраполировано к абсолютному нулю.

 

Свойства сверхпроводников:

1. Нулевое электрическое сопротивление.

Строго говоря, сопротивление сверхпроводников равно нулю только для постоянного электрического тока. Сопротивление у сверхпроводников при прохождении через них переменного тока отлично от ноля и возрастает с повышением температуры.

2. Критическая температура сверхпроводников.

3. Критическое магнитное поле сверхпроводников.

Это значение магнитного поля, выше которого сверхпроводник теряет свойство сверхпроводимости и переходит в обычном состояние, характерное для обычного проводника.

Значение критического магнитного поля различается в зависимости от материала сверхпроводника и может составлять от нескольких десятков гаусс до нескольких сотен тысяч гаусс. В таблице значений сверхпроводимости материалов указывается критическое магнитное поле при температуре абсолютного нуля  (0 К).

Критическое магнитное и критическая температура взаимосвязаны между собой. При повышении температуры сверхпроводника критическое магнитное поле уменьшается. При температуре перехода из сверхпроводящего состояния в нормальное состояние критическое магнитное поле равно нулю, а при абсолютном нуле оно максимально.

Зависимость величины критического поля от температуры с хорошей точностью описывается выражением:

Нс(Т) = Нсо · (1 – T2 / Tc2)

где  Нс(Т) – критическое магнитное поле при заданной температуре, Нсо – критическое поле при нулевой температуре, Т – заданная температура, Тс – критическая температура.

Для сверхпроводников II рода указываются два значения магнитного поля.  Также нетрудно заметить, какие гигантские поля способны выдерживать сверхпроводники второго рода  без разрушения сверхпроводимости.

4. Критический ток в сверхпроводниках.

Это значение максимального постоянного тока, который может выдерживать сверхпроводник без потери сверхпроводящего состояния. При превышении этого значения сверхпроводник теряет свойство сверхпроводимости.

Как и критическое магнитное поле, критический ток обратно пропорционально зависит от температуры, уменьшаясь при ее увеличении.

5. Выталкивание магнитного поля сверхпроводником из своего объёма.

Это явление было названо эффектом Мейснера по имени первооткрывателя.

Эффект Мейснера означает полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.  Внутри сверхпроводника  намагниченность равна нулю. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфельдом.

Однако не у всех сверхпроводников наблюдается полный эффект Мейснера. Вещества, проявляющие полный эффект Мейснера, называются сверхпроводниками первого рода, а частичный — сверхпроводниками второго рода. Для сверхпроводников второго рода магнитное поле в интервале значений Hc1 —  Hc2 проникает и действует в виде вихрей Абрикосова. Однако стоит отметить, что в низких магнитных полях (ниже значения Hc и Hc1 ) полным эффектом Мейснера обладают все типы сверхпроводников.

Отсутствие магнитного поля в объеме сверхпроводника означает, что электрический ток протекает только в поверхностном слое сверхпроводника.

5. Глубина проникновения.

Это расстояние, на которое магнитный поток проникает в сверхпроводник. Обычно данную величину называют лондоновской глубиной проникновения (в честь братьев Лондон).

Глубина проникновения оказывается функцией температуры, прямо пропорционально ей и различна в разных материалах.

Исходя из действия эффекта Мейснера магнитное поле выталкивается из сверхпроводника токами, циркулирующими в его поверхностном слое, толщина которого приблизительно равна глубине проникновения. Эти токи создают магнитное поле, которым компенсируется поле, приложенное извне, не позволяя ему проникнуть внутрь.

При  достижении магнитным полем критического значения оно полностью проникает через глубину проникновения и захватывает весь сверхпроводник.

6. Длина когерентности.

Это расстояние, на котором электроны взаимодействуют друг с другом, создавая сверхпроводящее состояние. Электроны в пределах длины когерентности движутся согласованно – когерентно (как бы «в ногу»).

7. Удельная теплоемкость.

Данная величина показывает количество теплоты, необходимое для того, чтобы повысить температуру 1 грамма вещества на 1 К.

Удельная теплоемкость сверхпроводника резко (скачкообразно) возрастает вблизи температуры перехода в сверхпроводящее состояние, и довольно быстро (скачкообразно)  уменьшается с понижением температуры. Иными словами, в области перехода для повышения температуры вещества в сверхпроводящем состоянии требуется больше теплоты, чем в нормальном состоянии, а при очень низких температурах – наоборот.

 

Применение сверхпроводимости:

— для получения сильных магнитных полей. Поскольку при прохождении по сверхпроводнику сильных токов, создающих сильные магнитные поля, отсутствуют тепловые потери. Для получения сильных магнитных полей используются сверхпроводники II рода, т.к. значение критического магнитного поля Нс2 для них значительно велико,

— в электрических кабелях и линиях электропередач (ЛЭП). Так, один тонкий электрический кабель из сверхпроводника способен передать электрический ток, для передачи которого обычный проводник должен иметь значительные размеры (диаметр),

— в мощных генераторах тока и электродвигателях,

— в измерительных приборах,

— в маглеве (поезде на магнитной подушке).

 

© Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 



РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ

ЗВОНИТЕ: +7-908-918-03-57

либо воспользуйтесь поиском аналогов технологий:

ПОИСК АНАЛОГОВ ТЕХНОЛОГИЙ


или пиши нам здесь...

карта сайта


Войти    Регистрация

В чате:
Виктор Потехин

Поступил вопрос относительно пиролизных установок для сжигания ТБО. Дан ответ. В частности, разъяснено, что существуют разные пиролизные установки: для сжигания 1-4 класса опасности и остальные. Соответственно разные технологии и цены.

2018-05-18 11:06:55
Виктор Потехин

К нам поступают много заявок на покупку различных товаров. Мы их не продаем и не производим. Но мы поддерживаем отношения с производителями и можем порекомендовать, посоветовать.

2018-05-18 11:08:11
Виктор Потехин

Поступил вопрос по гидропонному зеленому корму. Дан ответ: мы не продаем его. Предложено оставить заявку в комментариях для того, чтобы его производители выполнили данную заявку.

2018-05-18 17:44:35
Виктор Потехин

Поступает очень много вопросов по технологиям. Просьба задавать эти вопросы внизу в комментариях к записям.

2018-05-23 07:24:36
Andrey-245

Не совсем понятно. Эту батарейку можно вообще не заряжать что ли? Сколько вольт она выдает? И где ее купить? И можно ли такие соединить последовательно-параллельно, собрав нормальный аккумулятор, например, для электромобиля?

2018-08-23 10:09:48
Виктор Потехин

Андрей, какую батарейку?

2018-08-24 08:33:25
SergeyShef

Добрый день! Интересна вышеописанная установка. Как можно её заказать ? Какие условия сотрудничества у автора?

2018-08-27 17:07:42
Виктор Потехин

Сергей, кидайте сюда ссылку на установку. Или пишите мне vnp1@ya.ru

2018-08-27 18:52:14
SergeyShef

Я у Вас спрашивал, как и где её можно купить?

2018-08-27 21:07:41
SergeyShef

Кто изготовил тот образец, который у Вас на фото и могут ли изготавливать на заказ?

2018-08-27 21:10:05
Виктор Потехин

не могу понять, что за установка. скиньте сюда ссылку

2018-08-27 23:15:16
SergeyShef
http://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/rezervuarnyiy-gidrotarannyiy-elektrogenerator/#Primenenie
РЕЗЕРВУАРНЫЙ ГИДРОТАРАННЫЙ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР — УСТАНОВКА, РАБОТАЮЩАЯ НА ПРИНЦИПЕ ГИДРОТАРАНА

2018-08-28 14:34:19
Виктор Потехин

не обладаем такой информацией

2018-08-28 21:45:17
npc-ses

Добрый день! SergeyShef изделие подобное тому, что изображено в заголовке, да и в принципе любое изделие по технологии LTCC можно изготовить на нашем производстве АО "НПЦ "СпецЭлектронСистемы". Находимся в г. Москва. Можете написать мне на электронную почту vag_av@npc-ses.ru

2018-08-29 18:41:34
npc-ses

На нашем производстве имеется пожалуй самый полный комплект оборудования в России, который позволяет производить 3D микросборки, в том числе по технологии LTCC, в замкнутом цикле, начиная от входного контроля материалов, всех промежуточных производственных процессов...

2018-08-29 18:47:20
Djahan

КРИОГЕЛЬ ДЛЯ РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ В НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ. кто производит, как найти, чтобы купить?

2018-08-30 23:48:23
Виктор Потехин

купить можно у производителя

2018-09-01 20:58:09
Andrey-245

Здравствуйте, Виктор. Я задавал вопрос (2018-08-23) имелось в виду про углеродную батарейку, которая служит более 100 лет.

2018-09-18 12:15:33
Виктор Потехин

вся информация, что есть по батарейке, написана в соответствующей статье.

2018-09-18 20:47:11
Виктор Потехин

Чтобы получить информацию о сайтах производителей технологий, напишите внизу страницы - в комментариях Вконтакте

2018-09-29 20:58:40
Denssik

Всем доброго дня! Я руководитель центра в котором разработан данный робот, по всем вопросам касательно сотрудничества можете писать на почту molvereya@yandex.ru

2018-10-03 17:19:46
Виктор Потехин

Denssik, Напишите пжл о каком работе идет речь?

2018-10-03 19:10:33
DS-Surfer

Если у кого возникнет интерес к "КОМПЛЕКСУ ОЧИСТКИ ВОДЫ ГИДРОВОЛНОВЫМ МЕТОДОМ", прошу обращаться ко мне: bccca2016@yandex.ru Сергей.
Установки производятся и внедряются.

2018-11-07 12:23:40
vasagov

Добрый день.
Меня интересует технология переработки пнг.
Пожалуйста вышлите ваши координаты на vasagov@gmail.com

2018-11-26 18:38:03
Виктор Потехин
2018-11-26 21:49:17
......
12
Для публикации сообщений в чате необходимо авторизоваться

электрическое сопротивление в чем состоит явление состояние свойства условия понятие суть применение использование открытие эффект температура теория сверхпроводимости
нобелевская премия за высокотемпературная сверхпроводимость физика металлов презентация реферат проводников материалов сообщение доклад кратко 8 класс рекорд определение
зависимость сопротивления металлов от температуры сверхпроводимость

 

Похожие записи

comments powered by HyperComments