Лекция № 13. Сверхпроводимость.

Вопросы:

1) Нулевое сопротивление.

2) Температура сверхпроводящего перехода.

3) Эффекты Мейснера.

4) Критическое магнитное поле.

5) Кристаллическая структура и изотопический эффект.

6) Электронный вклад в теплоемкость.

7) Поглощение электромагнитного излучения.

8) Квантование магнитного потока.

9) Эффекты Джозефсона.

10) Куперовские пары.

11) Теория Бардина – Купера – Шриффера.

12) Высокотемпературная сверхпроводимость.

Нулевое сопротивление.

Закон Джоуля – Ленца: при протекании тока I по проводнику с сопротивлением R в нем выделяется тепло. Получение сильных магнитных полей требует больших токов, что приводит к выделению колоссального количества тепла в обмотках электромагнита. А вот сверхпроводящая цепь остается холодной, ток будет циркулировать не затухая – сопротивление равно нулю, потерь электроэнергии нет.

Температура сверхпроводящего перехода.

Критическая температура сверхпроводника — температура, при охлаждении ниже которой происходит переход материала в сверхпроводящее состояние.

В 1911 г. было обнаружено, что у ртути при температуре 4,2 К электрическое сопротивление падает до нуля — ртуть становится сверхпроводящей, после чего подобные свойства были обнаружены и у других чистых веществ и соединений.

Эффекты Мейснера.

Эффект Мейснера (в некоторых источниках — эффект Мейсснера) — полное вытеснение магнитного поля изобъёма проводника при переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками Мейснером и Оксенфельдом.

Физическое объяснение.

При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент переходав сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объёме должна сохраняться без изменения.

Критическое магнитное поле.

Критическое магнитное поле в сверхпроводниках -характерное значение напряжённости постоянного магнитного поля, превышение которого вызывает проникновение магнитного поля с поверхности в глубь сверхпроводника на расстояния L, превышающие глубину проникновения магнитного поля . Критическое магнитное поле зависит от температуры Т и свойств материала сверхпроводника.

Кристаллическая структура и изотопический эффект.

Переход от одного типа решетки к другому происходит при изменении либо температуры, либо давление, либо ещё какого-нибудь параметра. Такой переход, как и возникновение сверхпроводимости и плавление является фазовым. Влияние кристаллической решетки на сверхпроводимость продемонстрировал открытый в 1950г. изотопический эффект.

Изотопы - это атомы одного и того же элемента, в ядрах которых содержаться одинаковое число протонов, но разное число нейтронов.

Электронный вклад в теплоемкость.

Электронная теплоемкость -часть полной теплоёмкости твёрдого тела, обусловленная тепловым движением электронов. Электронная теплоемкость диэлектриков и слаболегированных полупроводников, как правило, пренебрежимо мала.

Поглощение электромагнитного излучения.

Поглощённое излучение может быть полностью или частично излучено средой вновь: на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения. Зависимость поглощения от частоты определяется спектром поглощения вещества, а отношение величины поглощённого потока к величине падающего потока — коэффициентом поглощения. Количественные характеристики процесса поглощения изучает фотометрия.

Обратным поглощению процессом является рассеяние электромагнитного излучения, частным случаем которого является отражение электромагнитных волн на границе раздела сред.

В квантовой физике — поглощение происходит порциями (квантами), в результате переходов квантовой системы между различными квантовыми состояниями.