Поняття надпровідності.
 |
| Надпровідна левітація |
Ми знаємо, що із зниженням температури опір металевих провідників зменшується. У 1911 році голландський фізик Камерлінг-Оннес встановив, що при охолодженні ртуті в рідкому гелію її опір спочатку зменшувався поступово, а при температурі 4,1К різко спадав до нуля. Явище зменшення опору до нуля при температурі, відмінній від абсолютного нуля, називається надпровідністю. Згодом надпровідність було виявлено у свинцю, цинку, олова, алюмінію та інших металів, а також у деяких сплавах.
З часів відкриття явища і до 1957 р., коли американці Дж. Бардін, Л. Купер та Дж. Шріфер побудували відповідну теорію, саме явище надпровідності вважалося однією з найбільших загадок науки. Але подальший розвиток фізики, й особливо матеріалознавства, показав, що таємниць лишилося ще багато. І одна з них полягає в тому, що й досі не можна передбачити, якою буде критична температура нової досліджуваної речовини, і чи взагалі ця речовина буде надпровідником.
Ще в 60-ті роки вчені помітили, що для плівки олова, вміщеної в сильне електричне поле, критична температура надпровідного переходу Т стає трохи вищою. Ефект пояснив у 1965 р. російський фізик В. Сандомирський. Справа в тому, що відповідно напрямлене електричне поле може збагатити поверхневий шар напівпровідникового чи металевого зразка носіями струму такого знака, який викликає протилежне поле. Це випливає з електростатики і узгоджується із загальним принципом Ле-Шательє. В той же час теорія стверджує, що Т , якщо зафіксувати всі параметри, крім концентрації носіїв струму, а цю концентрацію змінювати, буде збільшуватися зі зростанням останньої. Цей ефект і спостерігався. Але ж яким мізерним він був у випадку олова! В полі з напруженістю 3•10 В/см критична температура Т = 3,722К змінюється на +0,00007К.
Надпровідність характеризується абсолютним діамагнетизмом. У магнітному полі в надпровідному матеріалі виникають такі струми, магнітне поле яких повністю компенсує зовнішнє магнітне поле, тобто магнітне поле виштовхується із надпровідника. Завдяки цій властивості виникає явище левітації надпровідника над магнітом (або магніту над поверхнею надпровідника), яке отримало назву труна Магомета. Сильне магнітне поле руйнує надпровідність. Надпровідники розрізняються за своєю поведінкою у відносно сильних магнітних полях, у залежності від поверхневої енергії границі розділу надпровідної й нормальної фаз. У надпровідників І роду ця поверхнева енергія додатня, й надпровідність руйнується, якщо поле перевищує певний рівень, який називається критичним магнітним полем. У надпровідників ІІ роду поверхнева енергія границі розділу нормальної та надпровідної фаз від’ємна, тож магнітне поле, коли його напруженість перевищує певне значення, починає проникати в надпровідник поступово в певних місцях, навколо яких утворюються вихрові струми. Якщо збільшувати магнітне поле далі, то нормальних областей стає дедалі більше, й при критичному полі надпровідність руйнується повністю. Надпровідники другого роду використовуються для створення надпровідних електромагнітів.
В1986 р. було відкрито високотемпературну надпровідність керамік – складних оксидних сполук барію, лантану, міді та інших елементів. Надпровідність таких керамік зберігається до температур близько 100К, які можна дістати, скориставшись значно дешевшим рідким азотом.
Явище надпровідності – макроскопічне проявлення квантової природи речовини: атомів та електронів. Відомо, що електрони в атомі можуть перебувати у особливих станах, яким відповідають дискретні значення енергії, тобто атом може поглинати і випромінювати енергію порціями – квантами. Однак, якщо ми перейдемо до макроскопічного тіла, де концентрація електронів перевищує 10 1/м , то квантовий характер зміни енергії кожного електрону «змазується» великою кількістю таких електронів, що поглинають або випромінюють енергію,і ми бачимо суцільний спектр поглинання або випромінювання енергії макроскопічними тілами. Надпровідність – надзвичайно цікаве й деякою мірою загадкове фізичне явище, практичне застосування якого має принести людству незлічені здобутки. Використання надпровідних пристроїв виявляється одним з найбільш важливих і перспективних шляхів енергозбереження. Оцінки показують, що застосування надпровідності дозволить зменшити втрати під час генерації, передачі, трансформації та використання електроенергії приблизно з 30-35% до 1-2%, що рівнозначним побудові кількох нових потужних електростанцій в Україні
