Абсолюттік нөлге жақын жағдайдағы материалдардағы ғажайыптар

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

1.Абсолюттік нөлге жақын жағдайдағы материалдардағы ғажайыптар

1911 жылы голландиялық физик х. Камерлинг-бұл сұйық гелийді алғаш рет алған және абсолютті нөлге жақын температурада материалдарды жүйелі түрде зерттеуге жол ашқан Оннес. Ол 4 К сынап кезінде электр кедергісін толығымен жоғалтып, асқынөткізгішке айналатынын анықтады. 1933 жылы В.Мейснер мен Р. Оксенфельд АӨ бір уақытта идеалды диамагнетик екенін көрсетті, яғни АӨ көлемінен магнит өрісінің сызықтарын толығымен шығарады. Мұның бәрі энергияны ұзақ қашықтыққа өндірудің, сақтаудың және берудің тиімді жүйелерін, ауыр генераторларды, магниттік жастықта жоғары жылдамдықты тасымалдауды, термоядролық синтезді жүзеге асыру үшін қажет қуатты магниттік жүйелерді, бөлшектердің үдеткіштерін, ультра жылдам компьютерлерді және адамның психикалық күйіндегі ең кішкентай ауытқуларға жауап бере алатын сезімтал диагностикалық құрылғыларды құрудың керемет мүмкіндіктерін ашты .Алайда, осы идеяларды іс жүзінде жүзеге асыру жолында ұзақ уақыт бойы іргелі кедергі болды . АӨ-ке өтудің өте төмен температурасы-сыни температура деп те аталады. 75 жыл ішінде ол 23,2 К-ге дейін көтерілді (рекордшылар германиймен ниобий қорытпалары болды), бұл суық агент ретінде қымбат және өте күрделі сұйық гелийді пайдалану қажеттілігін білдірді. Бұл зерттеудегі ең қызығы, жоғары өткізгіштікті теориялық физиктер күткен арнайы органикалық немесе полимерлі құрылымдар емес, диэлектрлік немесе жартылай өткізгіш қасиеттерімен сипатталатын оксидті керамика көрсетті.
Физика үшін оксидті асқынөткізгіштердің керемет жұқа қабықшалары, монокристалдары мен вискерлері көлемді керамикаға қарағанда салыстырмалы түрде тартымды, өйткені олар эксперименттік нәтижелерді түсіндіруді айтарлықтай жеңілдетеді және өткізгіштік теориясын жасау үшін маңызды іргелі тұжырымдар жасауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, АӨ олардың қатысуымен гетероқұрылымдар дәстүрлі материалдардан едәуір жоғары техникалық параметрлері бар микротолқынды резонаторлар мен микротолқынды сүзгілерді жасау үшін қажет.
АӨ-оксидті пленкаларға деген қызығушылық зерттеушілерді оларды өндірудің жаңа әдістерін дамытуға итермеледі. АӨ-пленкаларда сыни токтардың және басқа да техникалық параметрлердің рекордтық жоғары мәндеріне қол жеткізуге болады. Купрат иттриус пен барий негізіндегі жоғары температуралы асқынөткізгіштен жасалған диамагниттік керамикалық тұғырдың үстінде қозғалатын магниттік дискіден тұратын жүйеде левитация әсерін суреттейді.

2. Лейден , 1911 жылы асқынөткізгіштіктің ашылуы
Өткізгіштік дегеніміз - көптеген жаңа ерекше электрлік және электронды құрылғылар мен жүйелерге нөлдік электр шығынын әкелуі мүмкін және бірқатар кванттық механикалық қасиеттерді көрсететін электр өткізгіш материалдар класы. Барлық белгілі өткізгіш элементтер, қосылыстар мен қорытпалар үшін минус 100 ° C-тан төмен температурада пайда болатын өте өткізгіш күйде болған кезде, өте үлкен электр токтарын еш қиындықсыз өткізе алады. Осылайша, кез-келген диссипациясыз өте тиімді жұмыс істей алатын электр машиналарын, үлкен электромагниттерді және жоғары ток энергиясын беру кабельдерін салуға болады. Бұл өткізгіш құрылғылар мен жүйелерге қажет жалғыз энергия - бұл құрылғыны сыни ауысу температурасынан төмен температурада ұстап тұру үшін қажет салқындату.
Лейден университетінде (Нидерланды) өткізгіштік феноменінің ашылуы, профессор Хейке Камерлинг Оннес және оның әріптестері 1911 жылы күтпеген нәтижеге қол жеткізді, ол материалдардың электр өткізгіштік ғылымы мен техникасында және энергия үнемдейтін электрлік және электронды құрылғылар мен жүйелерді дамытуда жаңа зерттеу бағытын ашты. Профессор Х. Камерлинг Оннес және Лейден университетіндегі әріптестері ерекше жағдайға ие болды, өйткені гелий алғаш рет 1908 жылы Лейден университетінде сұйылтылған, ол үшін профессор Камерлинг Оннес 1913 жылы физика бойынша Нобель сыйлығын алды. Шамамен 1923 жылға дейін Лейден зертханасы Сұйық гелий бар әлемдегі жалғыз зерттеу зертханасы болды, сондықтан 14 К-ден төмен температурада өлшеу жүргізуге болатын, ең төменгі температура төмен қысымды сұйық сутегі ваннасымен қол жеткізуге болатын. 1908 жылы гелийді сұйылтқаннан кейін, Камерлинг Оннес "сұйық гелиймен одан әрі тәжірибе жасау" деп аталатын бірқатар зерттеулерді бастады, оған 14 К-ден төмен температура диапазонындағы өткізгіштердің электрлік қасиеттерін зерттеу кірді.
20 ғасырдың басында 0 К-ге жақындаған температурада таза металдардың қарсыласуының үш теориясы болды. Дрю теориясы таза металдардың кедергісі температура 0 К-ге дейін төмендеген кезде нөлге жақындайды деп мәлімдеді , екіншісі қарсылық Маттиссен теориясы 0 К-ге дейін тұрақты болып қалады, ал үшіншісі Лорд Келвин ұсынған қарсылық 0 К-де шексіздікке жетеді және жоғарылайды деп болжады. Алғашқы эксперименттері кезінде 1911 жылы 8 сәуірде Камерлинг Оннес және оның әріптестері сынаманың сынамаға төзімділігі күрт төмендегенін байқады, бұл кезде сынамаға батырылған гелий резервуарының температурасы 3 К-ге дейін төмендеді.
1911 жылғы мамырдағы кейінгі тәжірибелерде олар сынап сынамасы гелий резервуарымен мүмкін болатын ең төменгі температураға дейін салқындаған кезде, "іс жүзінде нөлдік" қарсылық күйі қайтадан жүзеге асырылғанын және температура баяу көтерілген сайын, шамамен 4 К температурада үлгінің кедергісі күрт қайта пайда болғанын, "нөл" мен толық қарсылық арасындағы ауысу 0,1 Келвиннің өте тар температуралық диапазонында болғанын байқады. Бұл бақылаулар тек Кельвин мен Маттиссеннің теорияларына ғана емес, сонымен бірге температураның 0 К-ге дейін төмендеуімен қарсылықтың біртіндеп нөлдік кедергіге дейін төмендеуін болжаған Друде теориясына да қайшы келді.
Ол ашылғаннан бері 100 жыл ішінде 10000-нан астам элементтерде, қосылыстарда және қорытпаларда "өткізгіштік" құбылыстары байқалды, бірақ барлық жағдайларда бұл құбылыстар әрқашан тек бөлме температурасынан төмен температурада байқалды. Бүгінгі күнге дейін табылған өте жоғары өткізгіш өтулердің ең жоғары температурасы шамамен 170 К-ден төмен . Осылайша, таза металдардың төмен температурадағы электрлік әрекетін ғылыми зерттеу проф. Камерлинг Оннес және оның әріптестері 1911 жылы 8 сәуірде Нидерландыдағы Лейден университетінің физикалық зертханасында өткізгіштік құбылысының күтпеген жерден ашылуына әкелді.

3.Соңғы температура
Асқынөткізгіштікті зерттеу өте жай жүрді, себебі бұл құбылысты бақылау үшін металдарды түбіне дейін салқындату керек болды. Бұл құбылысты жүзеге асыру оңай емес. Металдың кедергісі температураға байланысты.Температура неғұрлым жоғары болса, кедергі соғұрлым көп болады, металл құрайтын атомдық "құрылым" соғұрлым күшті болады және олар электр тогына үлкен кедергі келтіреді. Егер, керісінше, температураны абсолютті нөлге жақын болса, кедергісі де сәйкесінше аз болады Асқынөткізгіштіктер температураның төмендеуі кезінде пайда болады. Тс температура - соңғы температура деп аталды, себебі осы кезде температураның төмендеген кезінде асқнөткізгіштік байқалады. Әр бір заттың өзінің шекті температурасы болады. Өткізгіштік барлық металдарда табылған жоқ. Мысалы, мыс, темір және натрий өте төмен температураға дейін салқындаған кезде өте жоғары өткізгіштігін көрсетпейді. Қалыпты атмосфералық қысым бойынша Менделеев периодтық жүйесіндегі ниобий элементтер арасында ең жоғары ауысу температурасына ие (9,3 К), бірақ кейбір қорытпалар мен металл қосылыстары жоғары температураға дейін өткізгіштігін сақтайды (кесте. II). Мысалы, Nb3Sn үшін ауысу турының температурасы 18 К-ден асады.
1986 ж. өткізгіштіктің критикалық температурасы 20 К-ден асып кетті,сондықтан өткізгіштікті зерттеу кезінде сұйық гелийсіз мүмкін болмады. Азот салқындатқыш ретінде де кеңінен қолданылады. Азот пен гелий салқындатудың кезеңдерінде қолданылады. Бұл заттардың екеуі де бейтарап және қауіпсіз.

4.Критикалық ток
Өткізгіштіктің болуын шектейтін тағы бір маңызды параметр бар. Бұл критикалық ток. Бірақ критикалық ток үлгінің мөлшеріне байланысты болғандықтан, токтың критикалық тығыздығы туралы, яғни ток туралы айтқан дұрыс асқынөткізгішті бір көлденең қима арқылы өткізуге қабілетті. Бұл мән ам2 (си жүйесінде), сондай-ақ Асм2 және басқа бірліктерде өлшенеді. Сыртқы магнит өрісінің күші неғұрлым көп болса, соғұрлым өткізгіштік пайда болатын температура аз, ал егер h өрісінің күші NS-ден асып кетсе,онда өткізгіштік мүлдем болмайды. Бірақ сыртқы магнит өрісі болмаса да, егер ток асқынөткізгіш арқылы өтетін болса, онда бұл ток өзінің магнит өрісін жасайды өте өткізгіштікке деструктивті әсер етеді. Осындай осылайша, критикалық магнит өрісін тудыратын ток критикалық болуы керек.
Осы уақытқа дейін біз токтардың екі түрін жиі атап өттік асқынөткізгіштерде ағу. Біріншіден, бұл үлгінің бетіне ағып, Мейснер әсерін беретін жабық қорғаныс тогы. Әрине, экрандау тогы сыртқы магнит өрісі болған кезде ғана ағып кетеді.
Екіншіден, асқынөткізгіш үлгі арқылы электр тізбегі, сыртқы магнит өрісіне тәуелді емес көлік тогы ағып кетуі мүмкін. Бұл токтардың екеуі де әртүрлі "мақсатқа" ие, бірақ іс жүзінде екеуі де электр тогы. Кез-келген токтың магнит өрісі өткізгіштікке бірдей әсер етеді. Егер ток өткізгіштің қалыңдығында ағып кетсе, онда токтың магнит өрісі де сол жерде құрылуы керек. Бірақ басты қасиеттердің бірі өткізгіштік-Мейснер эффектісі-бұл магнит өрісі өткізгіштің көлемінен шығарылады.

5.Мейзнер эффектісі
1933 жылы неміс физиктері Мейснер мен Оксенфельд асқынөткізгіштің айналасындағы магниттік өрісінің қалай орналасатынын эксперимент арқылы тексеруге бел байлады. Эксперимент қорытындысы таңғаларлықтай болды. Эксперимент өткізу шарттарына қарамастан, өткізгіш бойындағы магнит өрісі ішке енбеді. Тұрақты магнит өрісіндегі критикалық температурадан төмен салқындатылған асқынөткізгішгіш өрісті өз көлемінен өздігінен итеріп шығарады да, магниттік индукция B = 0 болатын тұрақты диагматизм күйіне көшетіндігі керемет факт болды. Бұл құбылыс "Мейснер эффектісі" атауын алды. Мейснер эффекті асқынөткізгіштің электрлік қарсыласуды жоғалтудан қарағанда өте күрделі құбылыс екендігін көрсетеді. Анығына келгенде, сыртқы магниттік өріске орналатырылған, қарсыласу нөлге тең болған нақты өткізгіште магниттік өріс сақталуы керек. Сонымен қатар, бұл "мұздатылған" өріс ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.