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

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Кто такие майнд-коучи и зачем нужно тренировать мозг Кто такие майнд-коучи и зачем нужно тренировать мозг

Что такое майнд-фитнес и почему прокачивать мозг полезно

РБК
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
Что такое согласие, или Новые правила секса Что такое согласие, или Новые правила секса

Чем опасно фокусировать внимание только на теме согласия на секс

СНОБ
Суп дня! Суп дня!

Диетологи уверены: суп – полезное, диетическое блюдо

Здоровье
Корреляция перемещений помогла оценить талант футболистов Корреляция перемещений помогла оценить талант футболистов

Они сравнили корреляции движений игроков во время матча

N+1
Великая пустота Великая пустота

Самые большие объекты во вселенной заполнены ничем

Популярная механика
Юноша с жемчужной сережкой: 2020-й — год, когда мужчины полюбили украшения из жемчуга Юноша с жемчужной сережкой: 2020-й — год, когда мужчины полюбили украшения из жемчуга

Знаменитые мужчины полюбили жемчужные бусы, кольца и серьги

Esquire
«Ударом в подбородок вряд ли можно вырубить мужика». Кто и как учит российских женщин самообороне «Ударом в подбородок вряд ли можно вырубить мужика». Кто и как учит российских женщин самообороне

Единственная в России женщина-эксперт по системе самообороны крав-мага

Forbes
Без слова «нельзя»: как нам не удалось спасти «Ведомости» Без слова «нельзя»: как нам не удалось спасти «Ведомости»

Бывший заместитель главного редактора «Ведомостей» размышляет о судьбе издания

Forbes
Кровавая госпожа: изощренные пытки помещицы Салтычихи Кровавая госпожа: изощренные пытки помещицы Салтычихи

Неужели эта хрупкая барышня в прямом смысле слова пролила реки крови?

Cosmopolitan
Средства для очищения кожи: польза или вред? Средства для очищения кожи: польза или вред?

У наших любимых средств для очищения кожи грязное прошлое

Psychologies
10 животных, которые вымерли благодаря нам за последние 150 лет 10 животных, которые вымерли благодаря нам за последние 150 лет

Окончательно исчезнувшие животные, которые совсем недавно жили среди нас

Популярная механика
Как легко бросить курить? 8 способов, которые работают Как легко бросить курить? 8 способов, которые работают

Эффективные приемы, помогающие бросить курить раз и навсегда

Playboy
Диплом на колёсах: как студенты превращают автомобили в концепт-кары Диплом на колёсах: как студенты превращают автомобили в концепт-кары

Удивительные автомобили выпускников Skoda Academy

Популярная механика
Мал, да удал: 7 малоизвестных фактов о Ватикане Мал, да удал: 7 малоизвестных фактов о Ватикане

Семь занятных фактов о карликовом государстве Ватикан

Популярная механика
Какими будут антибиотики будущего: новое исследование Какими будут антибиотики будущего: новое исследование

Ученые исследовали взаимодействие природного антибиотика с его мишенью

Популярная механика
Бежевый — главный хит последних сезонов. Рассказываем, почему он выглядит дорого и модно, оставаясь при этом вневременным Бежевый — главный хит последних сезонов. Рассказываем, почему он выглядит дорого и модно, оставаясь при этом вневременным

Почему бежевый цвет ассоциируется с «новой роскошью»

Esquire
Катерина Гордеева: да, нет, знаю Катерина Гордеева: да, нет, знаю

«Я пришла в журналистику с четким намерением менять мир

Glamour
На Аляске нашли остатки молодого дромеозаврида На Аляске нашли остатки молодого дромеозаврида

Вероятно, динозавры могли жить за северным полярным кругом весь год

N+1
Европейские перелетные птицы скорректировали сроки миграции из-за погоды Европейские перелетные птицы скорректировали сроки миграции из-за погоды

Сроки миграции птиц зависят от погодных условий в местах их отдыха

N+1
Невидимый пол: как женщины живут в мире, где все спроектировано мужчинами и для мужчин Невидимый пол: как женщины живут в мире, где все спроектировано мужчинами и для мужчин

Почти все в нашем мире спроектировано с учетом пользователя-мужчины

Forbes
Восемь рассказов Линор Горалик Восемь рассказов Линор Горалик

Рассказы Линор Горалик — страшные, смешные, откровенные и жизненные

СНОБ
8 легенд Дикого Запада: от Бедовой Джейн до Буффало Билла 8 легенд Дикого Запада: от Бедовой Джейн до Буффало Билла

История Дикого Запада невероятно увлекательна. Это было время авантюристов

РБК
«12 стульев» не по-русски, или Ильф и Петров в иностранном кино «12 стульев» не по-русски, или Ильф и Петров в иностранном кино

Эксперты насчитывают от 13 до 16 экранизаций книги «Двенадцать стульев»

Maxim
Алексей Шевченков: Алексей Шевченков:

Интервью с заслуженным артистом Алексеем Шевченковым

Караван историй
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
Носы с горбинкой: звезды с изюминкой, которые отказались от ринопластики Носы с горбинкой: звезды с изюминкой, которые отказались от ринопластики

Некоторые звезды превращают особенности своей внешности в изюминку

Cosmopolitan
Обзор Saints Row The Third Remastered: базбашенное веселье Обзор Saints Row The Third Remastered: базбашенное веселье

Saints Row: The Third Remastered определенно заслуживает места в вашей коллекции

CHIP
«Гибель Запада» и другие мемы «Гибель Запада» и другие мемы

Отрывок из книги Александра Долинина о том, как изменялись словесные формулы

N+1
Открыть в приложении