Многие слышали термин "сверхпроводимость", но не могут объяснить, что это такое

Популярная механикаНаука

Без всякого сопротивления: что такое сверхпроводимость

Многие слышали термин "сверхпроводимость", но немногие могут объяснить, что это такое. Рассказываем!

Алексей Левин

Физиков конца XIX века очень интересовало, как ведет себя электропроводность металлов при сверхнизких температурах. На этот счет существовали разные теории, но применимость их вблизи абсолютного нуля выглядела сомнительной. В декабре 1910 года Камерлинг-Оннес вместе с Корнелисом Дорсманом и Гиллесом Холстом приступили к экспериментам. Первым делом они измерили температурную зависимость сопротивления платиновой проволоки, охлажденной жидким гелием. Оказалось, что оно понижается вместе с температурой, но ниже 4,25 К становится постоянным. Камерлинг-Оннес считал, что химически чистый металл вблизи абсолютного нуля обязан свободно пропускать ток, и объяснял остаточное сопротивление влиянием примесей. В дальнейшем он решил воспользоваться ртутью, которую можно очистить многократной перегонкой в вакууме. Жидкую ртуть при комнатной температуре заливали в тонкие капилляры и охлаждали их в гелиевом криостате, после чего измеряли ее сопротивление. В знаменательный день 8 апреля 1911 года Камерлинг-Оннес всего лишь убедился, что при охлаждении от 4,3 до 3 К сопротивление ртути падает практически до нуля. В повторном эксперименте 11 мая он обнаружил, что ртуть теряет сопротивление при охлаждении до 4,2 К (на самом деле его температурная шкала была не совсем корректна, в действительности чистая ртуть становится сверхпроводником при 4,15 К).

ac1b11c95baacf81dd696824ccc9394b.jpg
Проводник. Так ведет себя нормальный проводник (N) при включении магнитного поля.

Камерлинг-Оннес понял, что скачкообразное исчезновение электрического сопротивления ртути (или, как минимум, его падение до не поддающихся измерению значений) не имеет теоретического объяснения. Он пришел к выводу, что ртуть перешла в новое состояние, которое он назвал сверхпроводящим (температуру такого перехода сейчас называют критической, Tc).

Позднее под руководством Камерлинг-Оннеса в Лейдене были обнаружены еще четыре сверхпроводника - олово и свинец (1912), таллий (1919) и индий (1923). Но самые интересные открытия его лаборатории состояли не в этом. Еще осенью 1911 года было замечено, что сверхпроводимость ртути разрушается при увеличении плотности тока выше определенного предела, который растет по мере снижения температуры. Дальнейшие эксперименты показали, что при сворачивании сверхпроводящего провода в спираль этот порог снижается в несколько раз. Катушки из оловянной и свинцовой проволоки, сделанные для этих опытов, стали первыми в мире сверхпроводящими магнитами.

c8e60bd04f358d8073432ab621bb9a25.jpg
Идеальный проводник должен взаимодействовать с магнитным полем по‑разному, в зависимости от способа перевода из нормального в «идеальное» (IC) состояние.

Эти результаты позволяли предположить, что сверхпроводимость разрушается магнитным полем (которое при одинаковой силе тока внутри соленоида куда сильнее, нежели в линейном проводнике). Как ни странно, Камерлинг-Оннес не подумал об этой возможности, объясняя исчезновение сверхпроводимости плохим охлаждением катушек. Однако его весьма интересовало влияние внешнего магнитного поля на поведение сверхпроводника. Начав эти исследования в 1914 году, он вскоре убедился, что поле напряженностью всего в несколько сотен эрстед приводит к таким же последствиям, как и нагревание, то есть ликвидирует сверхпроводимость. Хотя Камерлинг-Оннес однозначно сформулировал этот вывод и показал, что пороговое значение магнитного поля (в современной терминологии критическое поле Hc) возрастает с уменьшением температуры подобно пороговому значению плотности тока, он не усмотрел связи между этими явлениями. И только в 1916 году американский физик Фрэнсис Бригг Сильсби высказал гипотезу, что в обоих случаях сверхпроводимость разрушается магнитным полем независимо от его источника.

В 1914 году Камерлинг-Оннес по-новому продемонстрировал возникновение сверхпроводящего тока. При комнатной температуре катушку из свинцовой проволоки охладили в магнитном поле приблизительно до 2 К, после чего отключили поле, создаваемое электромагнитом. В катушке возник индукционный ток, который удерживал своим магнитным полем подвешенную над катушкой намагниченную иглу. Согласно наблюдениям, за те полтора часа, в течение которых катушку держали в криостате, сила тока практически не уменьшилась. Не будь она сверхпроводящей, ток, разумеется, затух бы за ничтожные доли секунды.

1ea6f5db4d86eb357ff8f162a3ff0350.jpg
Сверхпроводник полностью выталкивает магнитный поток независимо от последовательности перевода в сверхпроводящее состояние (S).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
«Это как кошек пасти». Ведущий телепередачи «Разрушители легенд» Джейми Хайнеман о работе с творческими людьми «Это как кошек пасти». Ведущий телепередачи «Разрушители легенд» Джейми Хайнеман о работе с творческими людьми

Как работать с творческими людьми и почему нужно изучать то, что не нравится

Forbes
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
8 признаков пищевой зависимости 8 признаков пищевой зависимости

Есть ради жизни или жить ради еды — что тебе важнее?

Лиза
Познание тьмы Познание тьмы

Как люди убедились, что черные дыры реальны

Вокруг света

Оксана Самойлова впервые высказалась о несостоявшемся разводе с рэпером Джиганом

Cosmopolitan
100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Правила жизни Даниила Гранина Правила жизни Даниила Гранина

Писатель, умер 4 июля 2017 года, Санкт-Петербург

Esquire
Артист широкого профиля Артист широкого профиля

Кирилл Петров — о сольных проектах, театре, поэзии и о своем главном слушателе

OK!
Автомобили и водители, которых боятся страховые. Секретный отчет Автомобили и водители, которых боятся страховые. Секретный отчет

Почему каршеринг чаще всего попадает в аварии и при чем здесь хип-хоп

РБК
Правила жизни Сильвестра Сталлоне Правила жизни Сильвестра Сталлоне

Правила жизни кумира молодежи 90-х Сильвестра Сталлоне

Esquire
La Vanguardia (Испания): полезно ли есть больше двух яиц в неделю? La Vanguardia (Испания): полезно ли есть больше двух яиц в неделю?

Сколько яиц можно есть и как рекомендуют их употреблять?

ИноСМИ
Неприступные: старые и новые стратегии привлечения партнера Неприступные: старые и новые стратегии привлечения партнера

Как распознать, что с нами играют, и что такие игры говорят о человеке?

Psychologies
7 трюков в воспитании 7 трюков в воспитании

Эти простые способы помогут тебе стать идеальной мамой для своего ребенка

Лиза
Цой жив Цой жив

Виктор Цой погиб в автокатастрофе в Юрмале 15 августа 1990 года

Esquire
Как правильно загорать? Лучшие лайфхаки красивого загара для светлой кожи Как правильно загорать? Лучшие лайфхаки красивого загара для светлой кожи

Пока погода радует солнечными деньками, ловите момент – и загорайте!

Cosmopolitan
7 лайфхаков для бегунов 7 лайфхаков для бегунов

7 лайфхаков, которое помогут тебе апгрейдить беговые навыки

Maxim
Шучу-шучу: есть ли у животных чувство юмора Шучу-шучу: есть ли у животных чувство юмора

Являются ли люди единственным видом на Земле который умеет смеяться?

Популярная механика
«Женщин чаще перебивают». Как защищать свои интересы на рабочем месте «Женщин чаще перебивают». Как защищать свои интересы на рабочем месте

Лоис Франкел помогает десяткам тысяч женщин преуспевать в карьере и жизни

Forbes
Миллионы за стереотипы. Как София Вергара стала одной из самых высокооплачиваемых актрис мира Миллионы за стереотипы. Как София Вергара стала одной из самых высокооплачиваемых актрис мира

Мать-одиночка, предпринимательница и женщина, пережившая рак

Forbes
Пишем двумя руками: практика для движения к своей мечте Пишем двумя руками: практика для движения к своей мечте

Левшей, по различным подсчетам, около 15%

Psychologies
Прекратить кривляться: чего хотят от Москвы граждане Хабаровска Прекратить кривляться: чего хотят от Москвы граждане Хабаровска

Жители Хабаровского края требуют вернуться к нормальности в политике

Forbes
Мне все равно, где писать Мне все равно, где писать

Интервью с писателем Борисом Акуниным

СНОБ
«Я» — первая буква алфавита: здоровый эгоизм «Я» — первая буква алфавита: здоровый эгоизм

Регулярная забота о себе критически важна для сохранения здоровья

Psychologies
Должен ли взрослый ребенок давать деньги в семью? Должен ли взрослый ребенок давать деньги в семью?

Считаете ли вы, что ребенок должен вносить вклад в семейный бюджет?

Psychologies
Город, где запрещено умирать, — потому что мертвые выбираются из могил Город, где запрещено умирать, — потому что мертвые выбираются из могил

В этом городе закрыто кладбище,ведь там запрещено умирать

Cosmopolitan
Как кроссовки превратились в золотую жилу Как кроссовки превратились в золотую жилу

В какой именно момент спортивная обувь стала аналогом it-bags

GQ
5 лёгких причёсок за 5 минут на каждый день 5 лёгких причёсок за 5 минут на каждый день

И простые прически могут выглядеть красиво и максимально стильно!

Cosmopolitan
Пора начать путешествовать по России Пора начать путешествовать по России

Как провести отпуск, не выезжая за границу?

GQ
Звездная война: как космос становится новой ареной для противостояния России и США Звездная война: как космос становится новой ареной для противостояния России и США

США в четверг обвинили Россию в проведении испытаний противоспутникового оружия

Forbes
Открыть в приложении