Ofurleiðni, fyrirbæri, uppgötvun, kenning og forrit
Ofurleiðni, fyrirbæri, uppgötvun, kenning, umsókn, og hitastig ofleiðni.
Ofleiðsla er eiginleiki tiltekinna efna búa yfir algeru rafmótstöðu þegar þau ná hitastiginu undir ákveðnu gildi (kallað afgerandi hitastig).
Náttúra, skýring og kenning um ofleiðni
Flokkun, tegundir og notkun ofurleiðara
Hitastig ofurleiðni málma, málmblöndur og önnur efni
Lýsing. Fyrirbærið ofurleiðni:
Ofurleiðni er eign ákveðin efni búa yfir algeru rafmótstöðu þegar þau ná hitastiginu undir ákveðnu gildi (kallað afgerandi hitastig).
Ofurleiðni hafa málma og málmblöndur þeirra, hálfleiðara, og keramik efni og önnur efni. Það eru jafnvel ofurleiðandi málmblöndur og efni með einni af þætti eða allt frumefninað ganga inn í samsetningu þess, mega ekki vera ofurleiðarar. Til dæmis, súlfíðið, dýrð kvikasilfurs með gulli og tini.
Ofurleiðandi ástand í efninu kemur ekki smám saman heldur í stökkum - þegar hitastigið er undir mikilvægum. Yfir þessu hitastigi er málmurinn, álfelgur eða annað efni er í eðlilegu ástandi, og fyrir neðan það - í ofurleiðslunni. Hjá sumum efnum verður umskipti í ofurleiðandi ástand möguleg við tiltekin ytri skilyrði, til dæmis, við að ná ákveðnu þrýstigildi.
Ofurleiðni sem fyrirbæri fylgja nokkur áhrif. Mjög mikilvægt eru tvö þeirra: hvarf rafmótstöðu og brottnám segulstreymis (reit) frá umfangi þess. Þess vegna, það er ekki síst mikilvægi straumurinn í fyrirrúmi, og afgerandi segulsvið er ákveðið gildi segulsviðsins þar sem ofurleiðarinn tapar ofurleiðni sinni.
Fyrirbærið ofurleiðni hægt að sýna fram á í framkvæmd. Ef þú tekur leiðara, lykkja það, að gera lokað rafmagn hringrás, að kæla það niður í hitastig sem er lægra en að færa honum rafstraum, og fjarlægðu síðan rafstrauminn, rafstraumurinn í slíkum leiðara verður til í ótakmarkaðan tíma.
Nú fáanleg ofurleiðarar sem hafa þann eiginleika ofurleiðni við stofuhita.
Uppgötvun ofleiðni:
Fyrirbærið ofurleiðni var fyrst uppgötvað í 1911 af hollenska eðlisfræðingnum Heike kamerlingh Onnes með því að kanna hve rafviðnám málma er á hitastigi.
Mjög lágt hitastig sem hann fékk áhuga á aftur í 1893, þegar hann stofnaði kryógen rannsóknarstofuna.
Í 1908 honum tókst að fá fljótandi helíum.
Kæling með því, málm kvikasilfur, það kom honum á óvart að finna það við hitastig nálægt algeru núlli (4,15 K), rafmótstöðu (R) af kvikasilfri lækkar skyndilega í núll.
Í 1912 uppgötvuðust málmarnir tveir í ofurleiðandi ástand við lágan hita, blý og tini.
Var síðan opnuð og aðrir ofurleiðarar.
Náttúra, skýring og kenning um ofleiðni:
Það skal tekið fram að fullkomlega fullnægjandi kenning um ofleiðni vantaði eins og er.
Í 1957, George. Bardin, L. Cooper og J. Sniffer lagði til svokallaða BCS kenningu (Bardeen - Cooper - shriffer).
Rafstraumur er hreyfing rafeinda. Í hefðbundnum leiðara, rafeindir hreyfast einar og sérlega yfir ýmsar hindranir á vegi hennar. Á hreyfingu, þeir rekast hver á annan og við kristalgrindurnar og missa orku sína. Þannig, í leiðara vegna mismunandi hindrana á sér stað rafmagnið mótstöðu.
Rafeindirnar við venjulegar aðstæður snúast og taka gildi -1/2 eða +1/2. En við vissar aðstæður (þegar hitastigið er undir því mikilvæga), þeir mynda par. Rafeindir með gagnstæð gildi snúningsinnar laðast að hvor annarri. Þessi menntuðu pör eru einnig kölluð Cooper par. Þetta par hefur núll snúning og tvöfalt rafeindahleðslu. Þar sem heildarsnúningur þessa pars er jafn núll, þá hefur það eiginleika boson. Bosonin mynda a þéttivatn Bose-Einstein, gekk til liðs við allar frjálsu bósonana, og eru í sama skammtastigi. Þeir verða ein heild, geta hreyfst án þess að rekast á grindurnar og rafeindirnar sem eftir eru, það er, án orkutaps, án rafmótstöðu. Svo það eru áhrif ofleiðni.
Hins vegar, þessi kenning getur ekki skýrt ofurleiðni við háan hita (ofurleiðni við háan hita).
Flokkun, tegundir ofurleiðara:
Við kritískt hitastig er ofurleiðara skipt í lágan hita, ef afgerandi hitastig er undir 77 K (-196 ° C) og mikill hiti.
Aðskilnaðarhiti er suðumark köfnunarefnis, sem er 77.4 K (-195,75 ° C).
Þessi skipting hefur hagnýtt gildi. Í fyrra tilvikinu, kælingin er gerð fljótandi eða loftkennd helíum, og í öðru tilvikinu - ódýrari fljótandi eða loftkennda köfnunarefnið.
Svörun ofurleiðara við segulsviði þeir eru ofurleiðarar af gerð I og II ofurleiðara.
Ofurleiðarar af fyrstu gerð sem ná aðeins tilteknu gildi segulsviðsins (svokallað gagnrýnis segulsvið Hc) missa ofurleiðni sína. Að þessu gildi segulsviðsins í kringum ofurleiðara, og það kemst yfir og leiðari missir ofurleiðni sína.
Hafa gerð II ofurleiðara með tvö mikilvæg segulsvið gildi Hc1 og Hc2. Þegar segulsvið fyrsta kritíska gildisins Hc1 er segulsvið að hluta til inn í líkama ofurleiðarans, en ofurleiðni var haldið. Fyrir ofan annað afgerandi svið Hc2, ofurleiðni er eyðilagt að fullu. Segulsvið frá fyrsta til öðru mikilvæga gildi í ofurleiðara er hringvirki segulmagnaðir reit.
Efni ofurleiðaranna er skipt í hreina þætti, málmblöndur, keramik, ofurleiðarar byggðir á járni, lífrænir ofurleiðarar, o.s.frv.
Hitastig ofurleiðni málma, málmblöndur og önnur efni:
| Efni | Gagnrýninn hitastig, K | Gagnrýnin svið (kl 0 K), GS (e *) | |
| Ofurleiðararnir af 1. gerð | Hc | ||
| Rhodium | 0,000325 | 0,049 | |
| Volfram | 0,012 | 1* | |
| Hafnium | 0,37 | - ** | |
| Títan | 0,39 | 60 | |
| Ruthenium | 0,47 | 46* | |
| Kadmíum | 0,52 | 28 | |
| Cubic Zirconia | 0,55 | 65* | |
| Osmium | 0,71 | 46,6* | |
| Úraníum | 0,8 | - ** | |
| Sink | 0,85 | 53 | |
| Rhodium | 0,9 | - ** | |
| Gallíum | Af 1.08 | 59 | |
| Ál | 1,2 | 100* | |
| Rhenium | 1,7 | 188* | |
| Tvöfalt lag grafen | ~1,7 | 500 | |
| The Alloy AI-Bi | 1,84 | - ** | |
| Þallíum | 2,37 | 180 | |
| Indíum | 3,41 | 280 | |
| Trúðu | 3,72 | 305 | |
| Kvikasilfur | 4,15 | 411 | |
| Tantal | 4,5 | 830* | |
| Vanadín | 4,89 | 1340* | |
| Blý | 7,19 | 803 | |
| Technetium | 11,2 | - ** | |
| H2S (brennisteinsvetni) | 203 við þrýsting á 150 GPA | 720 000 | |
| Ofurleiðarar af 2. gerð | Hc1 | Hc2 | |
| Níóbíum | 9,25 | 1735 | 4040 |
| Nb3Sn | 18,1 | - | 220 000 |
| Nb3Ge | 23,2 | - | 400 000 |
| Pb1Mo5,1S6 | 14.4 V | - | 600 000 |
| YBa2Cu3O7 | 93 | 1000*** | 1 000 000*** |
| HgBa2Ca2Cu3O8 + x | 135 | - ** | - ** |
Athugasemd við töflu:
* fyrir efni sem eru merkt * afgerandi gildi reitsins sem tilgreindur er í OE (Oersted), til hinna GS (Gauss).
** - engin gögn.
*** Úthreinsað í algert núll.
Eiginleikar ofurleiðara:
1. Núll rafmótstaða.
Strangt til tekið, viðnám ofurleiðara er núll aðeins fyrir stöðugan rafstraum. Viðnám í ofurleiðurum meðan þeir fara í gegnum þá er straumur núll og eykst með hækkandi hitastigi.
2. Afgerandi hitastig ofurleiðara.
3. Gagnrýnin segulsviðsleiðarar.
Þetta gildi segulsviðs sem ofurleiðarinn missir ofurleiðni sína og verður að eðlilegu ástandi sem einkennir venjulega leiðara.
Gildi gagnrýna segulsviðsins er mismunandi eftir efni ofurleiðarans og getur verið frá nokkrum tugum Gauss til nokkur hundruð þúsund Gauss. Í gildistöflunni yfirleiðni efnanna gefur til kynna afgerandi segulsvið við hitastig algers núlls (0 K).
Gagnrýninn segulmagnaðir hitastig eru tengdir saman. Þegar hitastig ofurleiðarans mikilvæga segulsviðs lækkar. Aðlögunarhitastig frá ofurleiðandi ástandi til venjulegs ástands gagnrýnis segulsviðs er núll, og í algeru núlli er það mögulegt.
Fíkn gagnrýnis svæðisins af hitastigi með góðri nákvæmni er lýst með tjáningu:
NS(T) = FNL · (1 - T2 / Tc2)
þar sem NS(T), gagnrýna segulsviðið við tiltekið hitastig, NSO - mikilvægt svæði við hitastig núll, T er tilgreint hitastig, TC - mikilvægt hitastig.
Fyrir ofurleiðara af gerð II, við tilgreinum tvö gildi segulsviðsins. Það er líka auðvelt að sjá hvað risastór reitur sem þolir gerð II ofurleiðara án þess að eyðileggja ofleiðni.
4. Afgerandi straumur í ofurleiðara.
Þetta gildi er hámarks jafnstraumsstraumur sem þolir ofurleiðara án þess að ofleiðarastað tapi. Þegar farið er yfir þetta gildi, ofurleiðarinn missir ofurleiðni sína.
Sem gagnrýna segulsviðið, aflstraumur er í öfugu hlutfalli við hitastigsháðan, minnkandi með aukningu þess.
5. Brottvísun segulsviðs ofurleiðara frá rúmmáli þess.
Þetta fyrirbæri var kallað Meissner áhrif eftir nafni uppgötvunar.
Meissner áhrifin þýða fullkominn brottrekstur af segulmagnaðir sviðum frá rúmmáli leiðarans við umskipti hans í ofurleiðandi ástand. Inni í ofurleiðaranum er segulsvæðið jafnt og núll. Í fyrsta skipti sást fyrirbærið í 1933, þýsku eðlisfræðingarnir W. Meissner og R. Oxfield.
Hins vegar, ekki allir ofurleiðarar þar eru fullkomin Meissner áhrif. Efni sem sýna fullkomin Meissner áhrif eru kölluð ofurleiðarar af fyrstu gerð og brot - ofurleiðarar af annarri gerð. Fyrir ofurleiðara kemst segulsviðið á gildissviðinu Hc1 - Hc2 inn og virkar í formi Abrikosov hvirfla. Hins vegar, það skal tekið fram að í lágum segulsviðum (lægri gildi Hc og Hc1 ) klára Meissner áhrifin hafa allar tegundir ofurleiðara.
Fjarvera segulsviðs í rúmmáli ofurleiðarans þýðir það rafmagns straumur rennur aðeins í yfirborðslagi ofurleiðarans.
6. Dýpt skarpskyggni.
Þetta er fjarlægðin sem segulstreymið kemst inn í ofurleiðarann. Venjulega, þetta gildi er kallað andonovski skarpskyggni dýpt (eftir London bræðrum).
Dýpt skarpskyggni er fall hitastigs, er í réttu hlutfalli við hana og mismunandi í mismunandi efnum.
Byggt á aðgerðum Meissner áhrifanna, segulsviðinu er úthýst frá ofurleiðaranum með straumum sem hringja í yfirborðslagi þess, þykkt þess er um það bil jöfn dýpt skarpskyggni. Þessir straumar skapa segulsvið, hvaða kompensiruet reit beitti utan frá, ekki leyfa honum að komast inn.
Þegar segulsviðinu er náð, er það gagnrýna gildi sem það kemst að fullu inn í skarpskyggni og nær öllu ofurleiðaranum.
7. Samhengislengd.
Þetta er fjarlægðin þar sem rafeindir hafa samskipti sín á milli, að búa til ofurleiðandi ástand. Rafeindirnar innan samhengislengdar hreyfast á tónleikum - heildstætt (eins og ef “upp”).
8. Sérstakur hiti.
Þetta gildi sýnir magn hita sem þarf til að hækka hitastigið á 1 grömm af efni 1 K.
Sérstakur hiti ofurleiðara skyndilega (skyndilega) eykst nálægt aðlögunarhitastigi í ofurleiðandi ástand, og fljótt (skyndilega) lækkar með lækkandi hitastigi. Með öðrum orðum, á aðlögunarsvæðinu til að hækka hitastig efnis í ofurleiðandi ástandi þarf meiri hita en venjulega, og við mjög lágan hita - þvert á móti.
Notkun ofurleiðslu:
- til að fá sterk segulsvið. Frá því að ofurleiðari fór í sterka strauma, að búa til sterkt segulsvið, ekkert hitatap. Til að fá sterk segulsvið eru notuð í ofurleiðara af gerð II vegna þess að afgerandi segulsvið HC2 fyrir þá er mjög frábært,
í rafstrengjum og raflínum (rafmagns línur). Svo, ein þunn rafstrengur frá ofurleiðaranum sem getur sent rafstraum til flutnings er venjulega leiðari verður að hafa töluverða stærð (þvermál),
- í rafstraumaflum og mótorar,
- í mælitækjum,
í Maglie (segulsviflestin).
© mynd ,
