Электрические свойства. Сверхпроводимость

Проникновение в микромир, познание его законов показали необычайную мощь фундаментальной науки, как основы принципиально новых производств. Открытие материальных носителей электричества — электронов и закономерностей их движения в вакууме, в твердом теле положило начало новой области науки — электронике. Только благодаря успехам электроники удалось создать радиолокацию, радиотехнику сверхвысоких частот, электронно-вычислительные машины, электронную биомедицинскую аппаратуру, электронные микроскопы и многое другое. Открытие возможности управления электрическими свойствами полупроводниковых и диэлектрических кристаллов ряда веществ, глубокие познания законов и механизмов электропроводности, поляризация твердого вещества вызвали новую революцию в радиотехнике, электронике и вычислительной технике. Электронные вакуумные лампы заменяются ничтожными по размерам кристаллами. Компактные полупроводниковые силовые вентили высокой надежности с успехом заменяют сложные установки в энергетических устройствах. Прочно вошли в практику транзисторные радиоприемники. Недавно открытое явление сверхпроводимости второго рода дало возможность приступить к изготовлению мощных электромагнитов. На основе квантовой теории созданы квантовые генераторы света и радиоволн (лазеры и мазеры), открывающие огромные перспективы для различных областей техники. Наиболее значительным достижением абстрактной науки о ядерных реакциях стало производство атомной энергии. [c.31]

Остановимся сначала на электрических свойствах. На рис. 1.2 сравнивается температурный ход проводимости и диэлектриков и металлов. Эти зависимости противоположны в то время как в диэлектриках величина а растет с температурой по экспоненциальному закону (поскольку тепловое движение генерирует новые носители заряда) в металлах а изменяется примерно как 7- ввиду рассеяния носителей заряда на тепловых колебаниях кристаллической решетки. При низких температурах проводимость металлов резко возрастает, обращаясь в случае сверхпроводимости в бесконечность. В диэлектриках, напротив, при низких температу-10 [c.10]

Электросопротивление и температурный коэффициент электросопротивления. Сверхпроводимость. Электрические свойства сплавов индия со свинцом изучали в работах [2—4, -8, 12, 14, 15, 16, 24, 25, 29, 46, 49—67, 83]. Изотермы электросопротивления сплавов в жидком и твердом состояниях по [c.437]

Сверхпроводимостью называют свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до неизмеримо малой величины при охлаждении ниже определенной критической температуры (Гк), характерной для данного материала. При этом магнитное поле может разрушать состояние сверхпроводимости. [c.143]

В фазах внедрения преобладает металлическая связь, чем и определяются такие их свойства, как высокая электрическая проводимость, положительный коэффициент электросопротивления (как у чистых металлов и твердых растворов на их основе) некоторые фазы внедрения обладают сверхпроводимостью. Однако есть свойства, которые указывают на значительную долю в фазах внедрения ковалентной связи. Большинство фаз внедрения чрезвычайно тугоплавки и имеют высокую твердость. [c.29]

В последние годы ведется разработка ускорителей с охлаждением токонесущих частей ускоряющей и фокусирующей систем до температуры, при которой наступает сверхпроводимость или, по крайней мере, электрическое сопротивление существенно уменьшается. Решение этой задачи затруднено из-за известного свойства металлов утрачивать свою сверхпроводимость при наличии даже небольших магнитных полей. Разумеется, устранение или хотя бы многократное снижение тепловых потерь облегчило бы и позволило поставить совершенно по-новому проблему сооружения линейных ускорителей как на средние, так и на большие энергии. [c.161]

Явление сверхпроводимости. Одним из наиболее важных и трудных вопросов квантовой статистики является проблема сверхпроводимости. Как известно, целый ряд металлов при достаточно низких температурах претерпевает фазовый переход в новое сверхпроводящее состояние. В этом состоянии металл обладает термодинамическими и электромагнитными свойствами, резко отличными от его свойств в нормальном состоянии. Экспериментально, пожалуй, наиболее наглядно этот переход проявляется в том, что при охлаждении до критической температуры металл внезапно перестает оказывать сопротивление электрическому току. Иными словами, при протекании тока в сверхпроводнике не происходит диссипации энергии. [c.362]

Довольно давно уже было ясно, что в явлении сверхпроводимости мы имеем дело с чем-то родственным явлению сверхтекучести. Это видно, прежде всего, из того, что для поддержания в сверхпроводнике электрического тока не требуется внешней разности потенциалов, т. е. не требуется работы внешних источников. Носителями электрического тока в металле являются электроны указанное свойство есть поэтому не что иное, как свойство сверхтекучести электронной жидкости. [c.363]

В предыдущей части были рассмотрены различные механизмы электрического сопротивления. Одни из них дают постепенное уменьшение сопротивления с температурой, другие приводят к постоянному значению или даже возрастанию сопротивления при самых низких температурах. Однако в 1911 г. голландский физик Камерлинг-Оннес [134], изучая температурную зависимость сопротивления ртути, обнаружил, что оно внезапно исчезает при температуре около 4 К. Вскоре после этого те же свойства были найдены и у некоторых других металлов. Новое явление получило название сверхпроводимость , а соответствующие металлы стали называться сверхпроводниками . [c.272]

Теперь мы попали в мир теплового спокойствия , здесь системы атомов в твердых телах уже не создают своими колебаниями теплового шума . В этом мире достаточно спокойно и тихо, чтобы можно было увидеть в действии новую физику, явления которой при более высоких температурах полностью затушевывались бы интенсивным движением атомов. В частности, теперь может появиться сверхпроводимость, — свойство некоторых веществ не оказывать сопротивления протекающему по ним электрическому току. [c.97]

Это очень важные и очень интересные работы. Ведь в конце концов все органические вещества, в том числе и человеческое тело, обладают электрическими свойствами, а почему—это до сих пор неизвестно... В то же время для металлов и сплавов все электрические и магнитные свойства хорошо понятны и изучены. А сложные химические соединения — это девственная почва, которую надо изучать. Тут надо ждать много интересных явлений. Почему-то все хотят искать высокотемпературную сверхпроводимость. Я считаю, гораздо важнее искать соединения и сверхдиэлектрики с большой диэлектрической постоянной. Все так загипнотизированы сверхпроводимостью, что никто не хочет этого искать. [c.217]

Микроскопические теории. Теория Блоха, которая предполагает, что каждый электрон движется независимо в поле с периодическим потенциалом, обусловленным ионами и некоторой средней плотностью зарядов валентных электронов, дает хорошее качественное и в некоторых случаях количественное объяснение электрических свойств нормальных металлов, но оказывается не в состоянии объяснить сверхпроводимость. В большинстве попыток дать микроскопическую теорию сверхпроводимости учитывались взаимодействия, не входящие в теорию Блоха, а именно корреляция между положениями электронов, обусловленная кулоновским взаимодействием, магнитные взаимодействия между электронами и взаимодействия между электронами и фонопами. Хотя все эти взаимодействия, несомненно, должны учитываться полной Teopneii, изотопический эффект свидетельствует [c.752]

Рассмотренная нами в предыдущей главе модель свободных электронов, предложенная Друде и усовершенствованная Лорент-цем, и в особенности модель Зоммерфельда, учитывающая квантовый характер электронного газа, достаточно хорошо объясняют ряд свойств металлов. Однако ни та, ни другая не дают ответа на вопрос почему проводимость различных твердых тел изменяется в столь широких пределах Почему одни вещества являются хорошими проводниками электрического тока, а другие диэлектриками Почему в некоторых твердых телах при низких температурах возникает сверхпроводимость [c.209]

В книге последовательно в систематизированном виде изложены способы получения низких температур и криогенпая техника, электрические, тепловые и магнитные свойства вещества при лизких температурах, методика исследований и их результаты, метод адиабатического размагничивания. Специальные разделы посвящены явлению сверхпроводимости и свойствам жидкого гелия. [c.4]

С помощью соотношения (21.1) можно рассмотреть два предельных случая, а именно, очень низкие и очень высокие частоты. Для низких частот 8>Х и полный ток есть ток сверхпроводимости. Таким образом, мы имеем дело с обычным случаем, когда электрическое поле равно нулю, а магнитное поле проникает на глубину X. При очень высоких частотах о<Х, так что здесь полностью преобладает нормальный ток. Поэтому можно ожидать, что свойства сверхпроводящей и нормальной фаз будут одинаковы. Этот результат согласуется с наблюдениями о тождествениости оптических свойств у нормалытых it сверхпроводящих металлов (см. раздел 8). Из соотношения (21.1) можно ташке видеть, что, когда й= Х, оба тока приблизительно равны по величине, и явление будет носить некоторый промежуточ- [c.648]

Практический интерес представляет также большое снижение сопротивления некоторых металлов при низких температурах, но лежащих выше температур, соответствующих возникновению сверхпроводимости. Это явление получило название гиперпроводимости. Практически интересными гиперпроводниками являются алюминий, имеющий при 20 К (температура жидкого водорода) удельное сопротивление 0,05 нОм-м, и бериллий, имеющий при температуре 77 К (температура жидкого азота) удельное сопротивление несколько ниже 1 нОм-м. Отметим здесь некоторые особенности изоляции оборудования, предназначенного для работы при сверхнизких (криогенных) температурах. Как известно из физики диэлектриков, при понижении температуры теоретически электроизоляционные свойства должны улучшаться. Практически может возникнуть их ухудшение, в частности уменьшение электрической прочности, за счет появления трещин и чрезмерно большой хрупкости. Считается, что при криогенных температурах только часть синтетических полимеров сохраняет известную гибкость. В частности, к их числу относятся некоторые фторорганические, полиуретаны, полиимиды, полиэтилен-терефталат. Для работы н криогенных условиях пригодны целлюлозные волокнистые материалы, в том числе пропитанные ожиженными газами, например водородом, азотом. [c.250]

Более того, как показали исследования, сверхпроводимость не исчерпывается.только обращением в нуль электрического сопротивления проводника (идеальной проводимостью). Не менее фундаментальным свойством вещества в сверхпроводящем состоянии является идеальный диамагнетизм. Это свойство, открытое Мейсснером и Оксенфельдом в 1933 г., состоит в том, что вещество, помещенное в магнитное поле (рис. 7.13, а), при переходе в сверхпроводящее состояние не замораживает находящееся в нем магнитное поле, как это должно было бы быть при простом переходе вещества в состояние с нулевым сопротивлением, а выталкивает его из своего объема (рис. 7.13, б), что присуще идеальным диамагнетикам, обладающим нулевой магнитной проницаемостью. Это явление получило название эффекта Мейсснера — Оксенфельда. [c.197]

Ряд металлов и сплавов и иных материалов при весьма низких температурах, близких к абсолютному нулю, резко снижают свое удельное сопротивление, которое может принимать SHaneHHfr порядка 10 Ом-м, что в 10 раз- меньше, чем сопротивление меди, а плотность тока более 10 А/м-. Свойство материалов, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охла15кдении ниже определенной критической температуры КР > характерной для данного материала, называют сверхпроводимостью. На состояние сверхпроводимости влияет тгкже величина магнитной индукции, наибольшее допустимое значение которой также называют критической. [c.341]

Явление сверхпроводимости было открыто Камерлинг—Онне-сом в 1911г., как полное исчезновение электрического сопротивления ртути при температуре около 4 К (-269 °С) выше абсолютного нуля (Нобелевская премия 1913 г.). Поскольку сразу стал ясен огромный прикладной потенциал сверхпроводимости, с этого времени в течение более чем 90 лет предпринимаются попытки увеличить критическую температуру сверхпроводящего перехода. Оказалось, что среди чистых металлов наибольшую критическую температуру имеет ниобий (9,26 К), а самую низкую — вольфрам (0,015 К). Более высокие значения наблюдались в сплавах. Самой высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, достигнутой к 1986 г., обладал сплав NbjGe 23 К (-250 °С). Долгое время, вплоть до середины 50-х годов, сверхпроводимость была совершенно непонятным явлением. Ее безуспешно пытались объяснить Альберт Эйнштейн и Нильс Бор. Лишь спустя двадцать лет после создания квантовой теории, в 1950 г. В. Л. Гинзбургом и Л. Д. Ландау была создана феноменологическая теория перехода в сверхпроводящее состояние. Ее созданию помогло открытие П.Л. Клпицей сверхтекучести гелия, которое подсказало трактовку сверхпроводимости как сверхтекучести электронной жидкости. Однако, поскольку свойство сверхтекучести присуще только бозе-системам, состоящим из частиц с целым спином, долгое время оставалось неясным, как возможна сверхтекучесть в электронной (фермионной) системе. [c.584]

Super ondu tivity — Сверхпроводимость. Свойство многих металлов, сплавов, соединений, оксидов и органических материалов, у которых при температурах, близких к абсолютному нулю исчезает удельное электрическое сопротивление, и они становятся сильно диамагнитными. [c.1057]

Книга представляет собой сборник задач (с подробными решениями) по основным разделам современной физики твердого тела кристаллография и процессы роста кристаллов, физика кристаллической решетки, тепловые, электрические, оптические и магнитные свойства диэлектриков, металлов и л лупроводников, сверхпроводимость. Авторы отдельных глав задачника — ада рит-етвые ученые, имеющие опыт научно-исследовательской и педагогической работы. [c.2]

Нернст сформулировал третье начало термодинамики в 1906 г., опираясь на обширные исследования по изучению свойств веществ в области низких температур (Нернст, Камерлинг-Оннес, Линдеманн и др.). Было установлено, что теплоемкости твердых тел стремятся к нулю при температурах, близких к абсолютному нулю, в этих же условиях резко меняются и другие свойства веществ. Металлы, например, теряют пластичность, появляется свойство электрической сверхпроводимости, сильно изменяются магнитные свойства. [c.215]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...