Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Сверхпроводящие металлы и сплавы

 

Сверхпроводимость впервые была обнаружена у ртути при 4,2 К голландским физиком Каммерлинг-Оннесом в 1911 году. Температура, при которой электрическое сопротивление резко падает до нуля называется критической температурой перехода. Если в кольце сверхпроводника индуцировать ток, то он долго не затухает. Электрическое сопротивление сверхпроводника приблизительно в 1017 раз меньше электрического сопротивления меди при 20˚С. Квантовая теория сверхпроводимости была разработана только в 1957 году американскими физиками Бардиным, Купером, Шлиффером (БКШ). Явление сверхпроводимости возникает, когда электроны с противоположным направлением спина и импульса связываются в пары называемыми куперовскими. Притяжение электронов возможно только в среде, содержащей положительно заряженные ионы, поле которых ослабляет силы кулоновского отталкивания между ними. Силы притяжения возникают в результате обменного фононного взаимодействия.

 

Схема образования электронной пары:

 

 

1-ый электрон смещает ионы

 

образуется область ( + )

 

к ней притягивается 2-ой электрон

 

Примерно 10-4 электронов создает пары, которые распадаются и вновь образуются. За счет образования электронных пар энергия системы уменьшается и в энергетическом спектре материала появляется область запрещенных состояний - энергетическая щель. Размер щели зависит от температуры: чем температура меньше, тем больше изменение энергии. При ТТсв щель исчезает. Так как электрическое сопротивление обусловлено рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки, то при ТТсв энергии тепловых колебаний не хватает для перевода электронов в возбужденное состояние, то есть для преодоления изменения энергии. Отсюда электроны не рассеиваются, а электрическое сопротивление стремится к нулю.

Переход в сверхпроводящее состояние происходит в интервале сотых долей ˚С. Неупорядоченность структуры немного расширяет этот интервал.

Важной особенностью сверхпроводников является то что внешнее магнитное поле не проникает в их толщу, затухая в поверхностном слое за счет круговых токов. Это называется эффектом Мейснера (δ = 10-7-10-8 м).

Сверхпроводник - идеальный диамагнетик(μ = 0), выталкивается из магнитного поля с большой силой. При напряженности поля больше критического значения может быть разрушено состояние сверхпроводимости. При этом, если этот переход скачкообразный, то сверхпроводимость называется сверхпроводимостью I рода, а если постепенно, то II рода. Для сверхпроводимости I рода Нкрит.= 105А/м, для II рода 107А/м. Сверхпроводимость может быть разрушена также большим током I > Iкрит..

, где r- радиус проводника.

Сверхпроводящие материалы - это 26 металлов. Еще 13 элементов (Si, Ge, Te, Sb, Se и др.) проявляют сверхпроводимость под давлением, а также многие сплавы. Всего известно более 2000 соединений, обладающих сверхпроводимостью. Из металлических сплавов максимальную температуру сверхпроводимости имеют: Nb3Sn-18,3˚K; Nb3Ga-20,3˚K; Nb3Ge-21-24,3˚K. Эти материалы могут охлаждаться жидким водородом, что дешевле, чем гелий.

В 1986-87 г.г. открыта высокотемпературная сверхпроводимость у ряда металлооксидных соединений: La-Sr-Cu-O; Y-Ba-Cu-O. Ткрит.=100-150˚К и больше. Однако из-за непостоянства свойств и малой механической прочности пока они не нашли практического применения.

Применение: сверхсильные магнитные поля (Н>107А/м) для накопителей энергии, силовые кабели, трансформаторы и линии электропередач большой мощности. Удержание плазмы в реакторах термоядерного синтеза. За счет исключения сердечников из электрических машин, их масса уменьшается в 5-6 раз. Вычислительная техника - быстродействующие ячейки ЭВМ. Железнодорожный транспорт на «магнитной подушке». Высокочувствительные ИК - датчики.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:516

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.