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

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
Чего боятся женщины: руководители крупных компаний рассказали о своих профессиональных страхах Чего боятся женщины: руководители крупных компаний рассказали о своих профессиональных страхах

У 37% женщин-руководителей есть страх эмоционально выгореть

Forbes
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Coca-Cola vs Pepsi: 10 фактов о столетнем противостоянии брендов Coca-Cola vs Pepsi: 10 фактов о столетнем противостоянии брендов

Столетняя война брендов - это не противостояние вкусов, а чистейший маркетинг

Популярная механика
Автор в голове у героя: 5 выдающихся фантастических циклов с повествованием от первого лица Автор в голове у героя: 5 выдающихся фантастических циклов с повествованием от первого лица

Книги, которые создают у читателя эмоциональную связь с героем-рассказчиком

ТехИнсайдер
Cream Soda — о новом альбоме, криках «Уходите!» и неплохой песне Бузовой Cream Soda — о новом альбоме, криках «Уходите!» и неплохой песне Бузовой

Интервью с участниками Cream Soda Анной Романовской, Димой Нова и Ильей Гадаевым

РБК
30 способов перезапустить свое тело 30 способов перезапустить свое тело

Полное руководство по тому, как выжать максимум из человеческого организма

kiozk originals
5 животных с самыми необычными зубами 5 животных с самыми необычными зубами

Эволюция изменила количество зубов (или лишила их вовсе) у того или иного вида

Популярная механика
Алкоголь и загрязнение воздуха включили в список модифицируемых факторов риска развития деменции Алкоголь и загрязнение воздуха включили в список модифицируемых факторов риска развития деменции

Число факторов риска развития деменции выросло до 12

N+1
Саша Савельева: Саша Савельева:

Саша Савельева — о своей самоизоляции, материнстве и отношениях с мужем

Караван историй
Еще 10 отличных фильмов от создателя «В джазе только девушки» Еще 10 отличных фильмов от создателя «В джазе только девушки»

Советуем совсем редкие и неведомые фильмы Билли Уайлдера

Maxim
Когда в город войдут танки: история инженерной мысли Когда в город войдут танки: история инженерной мысли

Каким образом учитывать возможность ведения боя в городе для танка?

Популярная механика
Как нас обманывают на распродажах: 8 опасностей которые тебя поджидают на sale Как нас обманывают на распродажах: 8 опасностей которые тебя поджидают на sale

Сезонная распродажа таит в себе немало подводных камней.

Cosmopolitan
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
Как быстро отрастить ногти: бьюти-рецепты и полезные советы для красивых ногтей Как быстро отрастить ногти: бьюти-рецепты и полезные советы для красивых ногтей

Хочешь иметь красивый маникюр? Тогда позаботься о здоровье ногтей!

Cosmopolitan
История одной песни: Эннио Морриконе и «Хороший, плохой, злой» История одной песни: Эннио Морриконе и «Хороший, плохой, злой»

История о том, как вестерны освободили Эннио Морриконе из музыкального рабства

Maxim
10 лучших врачей-психопатов в кино 10 лучших врачей-психопатов в кино

Рейтинг врачей-психопатов в кино, которые практикуют изощренные убийства.

Maxim
Лекарства с морского дна: зачем внук Капитана Кусто строит «подводную МКС» за $135 млн Лекарства с морского дна: зачем внук Капитана Кусто строит «подводную МКС» за $135 млн

Внук знаменитого океанографа Жака-Ива Кусто решил продолжить семейное дело

Forbes
Звезд хватает. 8 женщин, которые воспитывают чемпионов по всей России Звезд хватает. 8 женщин, которые воспитывают чемпионов по всей России

Наставницы, воспитавшие звезд в разных видах спорта

Forbes
Посмотрите фильм «Грейхаунд» с Томом Хэнксом в главной роли (он же написал сценарий к картине) Посмотрите фильм «Грейхаунд» с Томом Хэнксом в главной роли (он же написал сценарий к картине)

Это не гениальный шедевр мирового кинематографа, но весьма хорошее кино

GQ
Кто сказал, что у мужчин нет домашних обязанностей? Кто сказал, что у мужчин нет домашних обязанностей?

Как справедливо разделить домашние обязанности?

GQ
Бунт зеленых человечков: кто и зачем решил устроить забастовку курьеров Delivery Club Бунт зеленых человечков: кто и зачем решил устроить забастовку курьеров Delivery Club

Чего добились активисты от Delivery Club

Forbes
Как «Спартак» снова оказался на грани перестройки из-за увольнения генерального директора Как «Спартак» снова оказался на грани перестройки из-за увольнения генерального директора

Кто такой Томас Цорн и почему его увольнение серьезно повлияет на «красно-белых»

GQ
Почему женщина не хочет детей, и что делать мужчине? Основные причины и советы Почему женщина не хочет детей, и что делать мужчине? Основные причины и советы

Что делать, если девушка не хочет детей, а ты всегда мечтал о ребенке?

Playboy
Вышла из тени Вышла из тени

Почему актриса Дакота Джонсон спокойно относится к популярности

Grazia
Легальный наркотик: как избавиться от пристрастия к сосудосуживающим каплям Легальный наркотик: как избавиться от пристрастия к сосудосуживающим каплям

Насколько опасно пристрастие к каплям от насморка?

Cosmopolitan
Личинки в кляре и бургер из сверчков: зачем адепт Греты Тунберг хочет наводнить рынок едой из насекомых Личинки в кляре и бургер из сверчков: зачем адепт Греты Тунберг хочет наводнить рынок едой из насекомых

Швейцарский стартап научился выращивать насекомых и производить из них пищу

Forbes
Помнить о будущем: как устроена память и зачем наш мозг строит планы Помнить о будущем: как устроена память и зачем наш мозг строит планы

Отрывок из книги «Это мой конек: Наука запоминания и забывания»

РБК
Как заставить себя делать то, что не хочется: 9 способов борьбы с ленью Как заставить себя делать то, что не хочется: 9 способов борьбы с ленью

Как справиться со своей ленью?

Playboy
Какие бывают масла: гид по главному компоненту в кулинарии Какие бывают масла: гид по главному компоненту в кулинарии

Мифы о жирах и жирных кислотах

Популярная механика
Открыть в приложении