Асқын өткізгіштер

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 17 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Е.А. Бөкетов атындағы Қарағанды мемлекеттік университеті
Физика-техникалық факультеті

РЕФЕРАТ
Тақырыбы:Өткізгіштер кедергісінің температураға тәуелділігі.Асқын өткізгіштік

Opындaғaн: Жанат Ж ФИИ-204
Тексерген: Рысмаганбетова С.К

Қарағанды, 2020

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3

І Өткізгіштің кедергісінің температураға тәуелділігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4

Негізгі бөлім

ІІ Асқын өткізгіштік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10

Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..15

ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... 17

КІРІСПЕ
1911 жылы Голландия физигі Камерлинг-Оннес тамаша құбылыс- асқын өткізгіштікті ашты. Ол сұйық күйдегі гелийде сынапты мұздатқанда оның кедергісі әуелі біртіндеп өзгеріп, ал температура 4,1 К жеткен кенет нөлге дейін төмендейтінін ашқан. Осы құбылыс асқын өткізгіштік деп аталады, кейінірек көптеген басқа да өткізгіштер ашылды.
Асқын өткізгіштік өте төмен
Температураларда 25 К маңында байқалады. Қосарбеттегі кестеде бірқатар заттардың асқын өткізгіштік күйге көшу температуралары келтірілген.
Егер асқын өткізгіштік күйдегі сақина тәріздес өткізгіште ток туғызып, содан кейін ток көзін алып тастаса, сақинадағы токтың күші барынша ұзақ уақыт өзгермейді. Қарапайым асқын емес өткізгіштерде бұл жағдайда ток тоқтайды.
Асқын өткізгіштер практикада кеңінен қолданылуы табуда. Мысалы, ұзақ уақыт аралығында энеогия шығыны жоқ магнит өрісін құратын орамадағы асқын өткізгіштен жасалған қуатты электромагниттер құрылуда. Себебі асқын өткізгіш орамаларда жылу бөлінуі болмайды.
Бірақ асқын өткізгіш магниттің көмегімен қалауымызша күшті магнит өрісін алуға болмайды. өте күшті магнит өрісі асқын өткізгіштік күйде бүлдіреді. Мұнда өріс сол асқын өткізгіштің өзінде ток арқылы құрылуы мүмкін. Сондықтан, әрбір өткізгіштің асқын өткізгіш күйі үшін, оның осы күйін бүлдірмей, тогын арттыруға болиайтын, ток күшінің кризистік мәні болады.
Асқын өткізгішті магниттер элементтер бөлшектерді үдеткіш құрылғыларды, магнит өрісінде қозғалатын, өте қызған және ионданған газ ағынының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін магнитогидродинамикалық генераторларда (МГД-генераторларды) қолданылады.
Егер бөлме температурасына жақын температурада асқын өткізгіш болатын материалдар жасап шығарудың сәті түссе, онда техникалық маңызды проблема-энергияны өткізгіш бойымен шығынсыз жеткізу шешілген болар еді. Қазіргі уақытта физиктер осы проблеманы шешу мақсатында жұмыс істеуде.
Асқын өткізгіштікті кванттық теорияның негізінде ғана түсіндіруге болады. Ол түсіндірмені кейін 1957 жылы американ ғалымдары Дж. Бардин, Л.Купер, Дж. Шриффер және совет ғалымы академик Н.Н.Боголюбов берді.
І Өткізгіштің кедергісінің температураға тәуелділігі
Өткізгіштер - электр тогын жақсы өткізетін, электр өткізгіштігі жоғары (меншікті кедергісі r=1 төмен) заттар. Жақсы өткізгіштерге меншікті кедергісі (104 - 106 ОмLсм-1) заттар жатады. Меншікті кедергісі r108 Ом::см заттар диэлектриктер деп аталады, меншікті кедергісі аралық мәнге тең заттарды шалаөткізгіштер дейді. Өткізгіштерге металдар, электролиттер және плазма жатады. Металдарда электр зарядын тасымалдаушылар - квазиеркін электрондар, электролиттерде - оң және теріс иондар, плазмада - еркін электрондар мен иондар. Металдар мен ток өткізетін көміртекті кейде 1-текті өткізгіштер, электролиттерді - 2-текті өткізгіштер деп атайды. Заттың өткізгіштігі температуратемператураға және басқа бірқатар факторларға байланысты болғандықтан оның өткізгіш болуы немесе болмауы шартты нәрсе. Өте төмен температураларда металдардың көбі және кейбір шалаөткізгіштер асқын өткізгіштерге айналады; қ. Асқын өткізгіштер.
Түрлері
* Бірінші текті өткізгіш -электр тоғының өтуі химиялық процестермен қоса қабат жүрмейтін, ал тоғы электрондардың козғалысымен шартталған өткізгіш.
* Екінші текті өткізгіш -электр тоғының өтуі химиялық процестермен қоса қабат жүретін, ал тоғы оң және теріс иондардың қозғалысымен шартталған өткізгіш
Нақты қарсылық, сондықтан металдардың кедергісі температураға байланысты, оның өсуімен жоғарылайды. Температуралық тәуелділігі өткізгіштің кедергісі былай түсіндіріледі;
* температураның жоғарылауымен заряд тасымалдаушылардың дисперсия қарқындылығы (соқтығысу саны) артады;өткізгіш қызған кезде олардың концентрациясы өзгереді.
Тәжірибе көрсеткендей, тым жоғары емес және тым төмен емес температурада өткізгіштің кедергісі мен кедергісінің температураға тәуелділігі формулалармен көрсетілген:
ρt=ρ0(1+αt),
Rt=R0(1+αt),
мұндағы ρ0, ρt-сәйкесінше 0 °C және t °C кезінде өткізгіштің заттың меншікті кедергісі; R0, RT-0 °C және t °C кезінде өткізгіштің кедергісі, α-кедергінің температуралық коэффициенті: бірінші дәрежелі минус (К-1). Металл өткізгіштер үшін бұл формулалар 140 К және одан жоғары температурадан бастап қолданылады.
Заттың кедергісінің температуралық коэффициенті қызған кезде қарсылықтың өзгеруінің заттың түріне тәуелділігін сипаттайды. Ол 1 к қызған кезде өткізгіштің кедергісінің (нақты кедергісінің) салыстырмалы өзгеруіне сандық тең.
hαi=1⋅ΔρρΔT,
мұндағы hαi-ΔΤ аралықтағы қарсылықтың температуралық коэффициентінің орташа мәні.
Барлық металл өткізгіштер үшін α 0 және температураның өзгеруімен әлсіз өзгереді. Таза металдарда α = 1273 К-1. Металдарда зарядтардың (электрондардың) бос тасымалдаушыларының концентрациясы n = const және ρ жоғарылауы кристалдық тор иондарындағы бос электрондардың шашырау қарқындылығының артуына байланысты болады.
Электролит ерітінділері үшін α 0, мысалы, ас тұзының 10% ерітіндісі үшін α = -0,02 К-1. Температураның жоғарылауымен электролиттердің кедергісі төмендейді, өйткені молекулалардың диссоциациясына байланысты бос иондар санының артуы еріткіш молекулаларымен соқтығысқан кезде иондардың дисперсиясының өсуінен асып түседі.
Электролиттердің температурасына ρ және R тәуелділік формулалары металл өткізгіштер үшін жоғарыдағы формулаларға ұқсас. Айта кету керек, бұл сызықтық тәуелділік α = const болатын температураның өзгеруінің шағын диапазонында ғана сақталады. Температураның өзгеруінің үлкен аралықтарында электролиттер кедергісінің температураға тәуелділігі сызықты емес болады. Абсолютті нөлге жақын өте төмен температурада (-273 °C) көптеген металдардың кедергісі нөлге дейін төмендейді. Бұл құбылыс атауына ие болды сверхпроводимости. Металл өте өткізгіш күйге өтеді.
Металл кедергісінің температураға тәуелділігі қарсылық термометрлерінде қолданылады. Әдетте, мұндай термометрдің термометриялық денесі ретінде платина сымы алынады, оның кедергісінің температураға тәуелділігі жеткілікті зерттелген.
Температураның өзгеруі өлшеуге болатын сымның кедергісінің өзгеруімен бағаланады. Мұндай термометрлер қарапайым сұйық термометрлер жарамсыз болған кезде өте төмен және өте жоғары температураны өлшеуге мүмкіндік береді.
Металдар
Температура металдарға қалай әсер етеді? Бұл тәуелділікті білу үшін келесі эксперимент жүргізілді: батарея, амперметр, сым және қыздырғыш сымдардың көмегімен өзара байланысты. Содан кейін тізбектегі ток көрсеткішін өлшеу керек. Көрсеткіштер алынғаннан кейін, қыздырғышты сымға әкеліп, жылыту керек. Сым қызған кезде қарсылық артып, металдың өткізгіштігі төмендейтіні байқалады.
1. Металл сым
2. Батарея
3. Амперметр
Газдар
Газдар диэлектрик рөлін атқарады және электр тогын өткізе алмайды. Оның қалыптасуы үшін заряд тасымалдаушылары қажет. Иондар олардың рөлін атқарады және олар сыртқы факторлардың әсерінен пайда болады.
Тәуелділікті мысал арқылы қарастыруға болады. Тәжірибе үшін алдыңғы тәжірибедегідей бірдей дизайн қолданылады, тек өткізгіштер металл плиталармен ауыстырылады. Олардың арасында кішкене кеңістік болуы керек. Амперметр токтың жоқтығын көрсетуі керек. Қыздырғышты пластиналар арасында орналастырған кезде құрылғы газ ортасы арқылы өтетін токты көрсетеді.
Төменде газ разрядының вольт-амперлік сипаттамасының графигі келтірілген, онда бастапқы кезеңде ионизацияның өсуі артады, содан кейін токтың кернеуге тәуелділігі өзгеріссіз қалады (яғни кернеудің жоғарылауымен ток өзгеріссіз қалады) және диэлектрлік қабаттың бұзылуына әкелетін ток күшінің күрт өсуі байқалады.
Кедергі өткізгіштің геометриясына, сондай-ақ өткізгіштің неден жасалғанына байланысты, бірақ ол температураға да байланысты (бірақ біз оны жиі елемейміз).Температураға тәуелділікті түсіну үшін қарсылықтың қарапайым моделін қарастырыңыз. Өткізгіш арқылы өтетін электрондарға атомдар мен молекулалар кедергі келтіреді. Бұл атомдар мен молекулалар қаншалықты секіретін болса, электрондардың өтуі соншалықты қиын болады. Осылайша, қарсылық температураға байланысты көбейеді.
Температураның кішігірім өзгерістері үшін меншікті кедергі температураға сәйкес өзгереді:
r = r o (1 + a D T), мұндағы а - меншікті кедергі температура коэффициенті.
Біз мұны жиі қарсылық тұрғысынан жазамыз: R = R o (1 + a D T)
яғни температура өзгерген сайын ұзындығы мен ауданы өзгермейді деп ойлаймыз. Әдетте сызықтық кеңею коэффициенті меншікті температураның коэффициентіне қарағанда әлдеқайда аз, сондықтан біз бұл жорамалдан құтыла аламыз.
Кейбір материалдарда (мысалы, кремнийде) қарсылықтың температуралық коэффициенті теріс болады, яғни температура жоғарылағанда қарсылық төмендейді. Мұндай материалдарда температураның жоғарылауы заряд тасымалдаушыларды босатуы мүмкін, бұл ток күшінің артуымен байланысты.
Мұны температураға тәуелді емес кедергісі бар резистор жасау үшін пайдалануға болады. Резистор тізбектей орналастырылған екі резистордан жасалған. Бір резистордың оң температура коэффициенті, ал екіншісінде теріс температура коэффициенті бар. Қарсылық мәндері температура өзгерген кезде бір резистордың қарсыласуының жоғарылауы екіншісінде болатын қарсылықтың төмендеуімен өтелетіндей етіп таңдалады.
Температура қарсылықты қалай өзгертеді?
Өткізгіштің кедергісі өткізгіштің өлшеміне байланысты өзгергенімен (мысалы, қалың сымдардың жіңішке сымдарға қарағанда ток ағынына кедергісі аз), температураның өзгеруіне байланысты өткізгіштің кедергісі де өзгереді. Мұны болады деп күтуге болады, өйткені температура өзгерген сайын өткізгіштің өлшемдері кеңейгенде немесе қысқарғанда өзгереді.
Алайда, өткізушілер санатына кіретін материалдар температураның жоғарылауымен төзімділікті арттырады. Оқшаулағыштар температураның жоғарылауымен төзімділікті төмендетуге жауапты. Практикалық оқшаулағыштар үшін қолданылатын материалдар (шыны, пластмасса және т.б.) өте жоғары температурада олардың төзімділігінің айқын төмендеуін ғана көрсетеді. Олар пайдалануда кездесетін барлық температурада жақсы оқшаулағыш болып қала береді.

Бұл қарсылықтың өзгеруін жылу кеңеюіне немесе қысылуына байланысты өлшемдердің өзгеруімен түсіндіруге болмайды. Шын мәнінде өткізгіштің берілген өлшемі үшін қарсылықтың өзгеруі негізінен материалдың кедергісінің өзгеруіне байланысты болады және материалды құрайтын атомдардың өзгеретін белсенділігімен байланысты.
Температура және атомдық құрылым.
Төзімділіктің бұл өзгеру себептерін материал арқылы өтетін ток ағынын ескере отырып түсіндіруге болады. Тоқ ағыны дегеніміз - электр өрісінің әсерінен электрондардың бір атомнан екінші атомға қозғалуы. Электрондар өте аз теріс зарядталған бөлшектер болып табылады және олар теріс электр зарядының көмегімен итеріледі және оң электр зарядымен тартылады. Сондықтан электр потенциалы өткізгішке қолданылса (бір жағында оң, екінші жағында теріс) электрондар атомнан атомға оң терминалға қарай көшеді.
Алайда кейбір электрондар ғана еркін қозғалады. Әрбір атомның ішіндегі басқалары өздерінің белгілі бір атомдарымен тығыз ұсталатыны соншалық, тіпті электр өрісі оларды ығыстырып жібермейді. Материалда ағып жатқан ток еркін электрондардың қозғалысына байланысты және кез-келген материалдағы бос электрондардың саны, олардың атомдарымен тығыз байланысқан заттармен салыстырғанда, бұл материалдың жақсы өткізгіш екендігін (көптеген еркін электрондар) немесе жақсы изолятор (бос электрондар жоқ).Материалдың атомдық құрылымына жылудың әсері атомдарды дірілдейді, ал температура жоғарылаған сайын атомдар соғұрлым қатты дірілдейді.
Қазірдің өзінде еркін электрондар ағып жатқан өткізгіште атомдардың дірілдеуі бос электрондар мен тұтқын электрондар арасында көптеген соқтығысулар тудырады. Әр соқтығысу бос электронның біраз энергиясын жұмсайды және қарсылықтың негізгі себебі болып табылады. Атомдар материалды айнала қозғалған сайын соғұрлым көп соқтығысулар туындайды және демек, ток ағынына төзімділік артады.Ал изоляторда жағдай басқаша болады. Бос электрондардың саны өте аз, олар кез келген ток жүре алмайды. Электрондардың барлығы дерлік белгілі бір атомдармен тығыз байланысты. Оқшаулағыш материалды қыздыру атомдарды дірілдейді, ал егер жеткілікті қыздырылса, атомдар қатты дірілдейді, ал кейбір тұтқындағы электрондарын еркін шайқап, токтың тасымалдаушысы болу үшін бос электрондар жасайды. Сондықтан жоғары температурада оқшаулағыштың кедергісі төмендеуі мүмкін, ал кейбір оқшаулағыш материалдарда айтарлықтай.Температураның жоғарылауымен қарсылық түссе, материалда температура коэффиценті бар дейді.Жалпы, өткізгіштерде позифті температура коэффициенті болады, ал (жоғары температурада) изоляторларда теріс температура коэффициенті болады.
Екі топтағы әртүрлі материалдар температура коэффициенттеріне ие. Электрондық схемаларда қолданылатын резисторларды құру үшін таңдалған материалдар өте төмен оң температура коэффициентіне ие өткізгіштер болып табылады. Мұндай материалдардан жасалған резисторларды пайдалану кезінде олардың кедергісі шамалы ғана артады, демек олардың кедергісі. Резисторларды жасауға арналған осындай материалдарды қолдану температураның берілген шегінде шамалы ғана өзгеретін компоненттер жасайды.
Қарсылықтың жоғарылауын температураның жоғарылауымен кристалл торының түйіндеріндегі иондардың тербеліс амплитудасының жоғарылауымен түсіндіруге болады, сондықтан еркін электрондар қозғалыс бағытын жоғалтып, олармен жиі соқтығысады. А коэффициенті өте аз болғанымен, қыздыру құрылғыларының параметрлерін есептеу кезінде қарсылықтың температураға тәуелділігін ескеру қажет. Сонымен, қыздыру шамының вольфрам жіптерінің кедергісі ол арқылы ток өткен кезде 10 еседен астам қыздыруға байланысты артады. Кейбір қорытпаларда, мысалы, никельмен (Константин) мыс қорытпасында, қарсылықтың температуралық коэффициенті өте аз: α ≈ 10-5 К-1; Константиннің кедергісі үлкен: ρ ≈ 10-6 Ом :: М.мұндай қорытпалар анықтамалық резисторлар мен өлшеу құралдарына қосымша резисторлар жасау үшін қолданылады, яғни. температура ауытқуы кезінде қарсылық айтарлықтай өзгермеуі керек жағдайларда. Сондай-ақ, никель, қалайы, платина және т.б. сияқты металдар бар, олардың температуралық коэффициенті едәуір үлкен: α ≈ 10-3 К-1. Олардың кедергісінің температураға тәуелділігін температураның өзін өлшеу үшін қолдануға болады, бұл қарсылық термометрлерінде жүзеге асырылады. Жартылай өткізгіш материалдардан жасалған құрылғылар -- термисторлар қарсылықтың температураға тәуелділігіне негізделген. Олар қарсылықтың үлкен температуралық коэффициентімен (металдардағы осы коэффициенттен ондаған есе), уақыт өте келе сипаттамалардың тұрақтылығымен сипатталады. Термисторлардың номиналды кедергісі металл кедергі термометрлеріне қарағанда едәуір жоғары, ол әдетте 1, 2, 5, 10, 15 және 30 кОм құрайды. Әдетте, платина сымы кедергі термометрінің негізгі жұмыс элементі ретінде алынады, оның қарсыласу температураға тәуелділігі жақсы белгілі. Температураның өзгеруі өлшеуге болатын сымның кедергісінің өзгеруімен бағаланады.Мұндай термометрлер қарапайым сұйық термометрлер жарамсыз болған кезде өте төмен және өте жоғары температураны өлшеуге мүмкіндік береді.
ІІ Асқын өткізгіштік
Асқын өткізгіштік -- кейбір өткізгіштерді белгілі бір алмағайып температураға (Та) дейін суыту кезінде олардың электрлік кедергісінің секірмелі түрде кенет нөлге дейін төмендеу құбылысы. Сынаптың температурасын Т = 4,15 К-ге төмендеткен кезде бұл құбылысты алғаш рет (1911) голланд физигі Х. Каммерлинг-Оннес байқаған. Ол кейін Т1Та температура кезінде күшті магнит өрісінде (НТНа) сынаптың электрлік кедергісінің қалпына келетіндігін де анықтаған (мұндағы На -- алмағайып магнит өрісінің кернеулігі). Егер ТтТа және НТНа болса, онда асқын өткізгіш үлгінің қасиеті идеал диамагнеттің қасиетіндей болып өзгереді (қ. Диамагнеттік). Сөйтіп, асқын өткізгіштің ішкі магнит индукциясы (В) 0-ге тең болады, яғни сыртқы магнит өрісі асқын өткізгіш ішіне өте алмайды. Бұл құбылыс Мейснер эффектісі деп аталады.
1967 жылы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.