Сверхпроводимость

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ОТКРЫТИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ 3
2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ 3
3. ЭФФЕКТ МЕЙСНЕРА 4
4. СВЕРХПРОВОДНИКИ 1-ГО И 2-ГО РОДА 5
5. ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ 6
6. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ 7
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 8

Сверхпроводимость - это состояние, в которое при низкой температуре переходят некоторые твердые электропроводящие вещества. В состоянии сверхпроводимости у веществ наблюдаются два необычных явления: исчезновение электрического сопротивления и выталкивание магнитного потока из объема вещества.
Первый эффект интерпретировался ранними исследователями как свидетельство бесконечно большой электрической проводимости, откуда и произошло название сверхпроводимость.

2. М.Тинкхам. Введение в сверхпроводимость. М., 1980г.
3. В.В. Шмидт. Введение в теорию сверхпроводников. М., 1982г.
...

2. Теоретическое объяснение сверхпроводимости
Сверхпроводимость вещь странная и, в некоторой мере, даже противоречащая здравому смыслу. Когда электрический ток течет по обычному проводу, то в результате наличия у провода электрического сопротивления ток совершает некую работу, направленную на преодоление этого сопротивления со стороны ионов, в результате чего выделяется тепло. При этом каждое соударение электрона - носителя тока с ионом тормозит электрон, а сам ион-тормоз при этом разогревается - вот почему провод нагревается.
Объяснить явление сверхпроводимости пытались с момента его открытия многие физики. На сегодняшний день официально признанной теорией, объясняющей явление сверхпроводимости является так называемая "теория БКШ", названная по первым буквам фамилий открывших ее физиков (Джон Бардин, Леон Купер и Джон Роберт Шриффер). Произошло это в 1957 году. Теория получила всеобщее признание и была удостоена в 1972 году Нобелевской премии.
...

3. Эффект Мейснера
Исследование сверхпроводимости шло очень медленно. Для наблюдения явления нужно было охлаждать металлы до низких температур. Только через 22 года после первого открытия было обнаружено второе фундаментальное свойство сверхпроводников. О его наблюдении сообщили немецкие физики В. Мейснер и Р. Оксенфельд в 1933 году.
Эффект Мейснера заключается в том, что постоянное не слишком сильное магнитное поле выталкивается из вещества, находящегося в состоянии сверхпроводимости. В толще сверхпроводника магнитное поле ослабляется до нуля, т.е. сверхпроводимость и магнетизм можно назвать как бы противоположными свойствами.
Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нём существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле.
...

4. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода
Если при заданной температуре начать усиливать магнитное поле, то при некотором значении его индукции Bc (критическое поле) сверхпроводимость резко перестает существовать, так как мейсснеровские токи уже не способны защитить сверхпроводник от вторжения внешнего магнитного поля. Вещество из сверхпроводящего состояния переходит в нормальное (рис. 5). Материалы, которые ведут себя подобным образом, называют сверхпроводниками первого рода. К сверхпроводникам 1-го рода относятся все сверхпроводящие элементы периодической таблицы Менделеева, кроме ниобия и ванадия.
В сверхпроводниках 2-го рода разрушение сверхпроводимости идет более сложным путем и происходит в два этапа. Пока индукция магнитного поля не превосходит некоторого предела, обозначаемого как Bc1 и именуемого «нижнее критическое поле», сверхпроводник находится в мейсснеровском состоянии.
...

5. Высокотемпературная сверхпроводимость
С момента открытия явления сверхпроводимости ученые пытаются найти ей практическое применение. Однако на пути к реализации этих идей длительное время существовала непреодолимая преграда - крайне низкая температура перехода в сверхпроводимое состояние (Тс). За 75 лет, прошедших со времени открытия Камерлинг-Оннеса, эту температуру удалось поднять лишь до 23,2 К на интерметаллиде Nb3Ge, причем общепризнанная теория сверхпроводимости (БКШ) порождала неверие в принципиальную возможность преодоления этого температурного барьера.
В 1986г. Беднорц и Мюллер обнаружили способность керамики на основе оксидов меди, лантана и бария (La2-xBaxCuO4) переходить в сверхпроводимое состояние при 30К.
В начале 1987 года уже в ряде лабораторий установили, что в соединении четырех химических элементов - лантана, стронция, меди и кислорода La–Sr–Cu–O - существует достаточно резкий сверхпроводящий переход с Tc = 36К.
...

6. Промышленное применение
Наиболее интересные возможные промышленные применения сверхпроводимости связаны с генерированием, передачей и использованием электроэнергии. Например, по сверхпроводящему кабелю диаметром несколько сантиметров можно передавать столько же электроэнергии, как и по огромной сети ЛЭП, причем с очень малыми потерями или вообще без них. Стоимость изготовления изоляции и охлаждения криопроводников должна компенсироваться эффективностью передачи энергии. С появлением керамических сверхпроводников, охлаждаемых жидким азотом, передача электроэнергии с применением сверхпроводников становится экономически очень привлекательной.
Еще одно возможное применение сверхпроводников - в мощных генераторах тока и электродвигателях малых размеров. Обмотки из сверхпроводящих материалов могли бы создавать огромные магнитные поля в генераторах и электродвигателях, благодаря чему они были бы значительно более мощными, чем обычные машины.
...