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
Кинотеатр «Художественный»: от Николая II до Владимира Путина Кинотеатр «Художественный»: от Николая II до Владимира Путина

Кинотеатр «Художественный» — спасибо, что живой.

GQ
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
Как продать ручку на собеседовании: пример продажи, который будет полезен каждому Как продать ручку на собеседовании: пример продажи, который будет полезен каждому

Советы, которые будут полезны тем, кто претендует на позицию менеджера

Playboy
Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других

Ученые сделали вывод, что объем памяти мозга человека составляет 1 петабайт

Популярная механика
25 бронебойных советов по ухаживанию 25 бронебойных советов по ухаживанию

Самые эффективные способы добиться расположения понравившейся тебе барышни

Maxim
Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim
Слишком много любви: если сын для мамы — партнер Слишком много любви: если сын для мамы — партнер

Чрезмерная любовь-страсть матери к сыну может разрушить его жизнь

Psychologies
Из-за глобального потепления суркам стало легче выжить летом и труднее зимой Из-за глобального потепления суркам стало легче выжить летом и труднее зимой

Одни и те же виды могут по-разному реагировать на климатические изменения

N+1
8 вещей, которые не идут никому — самые безвкусная одежда и аксессуары XXI века 8 вещей, которые не идут никому — самые безвкусная одежда и аксессуары XXI века

Некоторые предметы гардероба необходимо запретить к продаже законодательно

Cosmopolitan
Углеродные звезды в два раза больше Солнца оказались основными поставщиками углерода Углеродные звезды в два раза больше Солнца оказались основными поставщиками углерода

Главными «поставщиками» углерода в Млечном пути были углеродные звезды

N+1
Виртуальная нереальность Виртуальная нереальность

Все оттенки VR-индустрии

Популярная механика
«Я была вице-президентом, но на переговорах меня принимали за секретаря». Основательницы IT-стартапов — о том, как избежать дискриминации «Я была вице-президентом, но на переговорах меня принимали за секретаря». Основательницы IT-стартапов — о том, как избежать дискриминации

Существует ли гендерная дискриминация в IT-отрасли

Forbes
«Зеленый» рост: что будет с возобновляемой энергетикой после пандемии «Зеленый» рост: что будет с возобновляемой энергетикой после пандемии

Какие технологии сегодня развиваются в альтернативной энергетике

Inc.
Как включить гибкие навыки в образовательный процесс Как включить гибкие навыки в образовательный процесс

Какие soft skills потребуются специалистам в условиях кризиса

СНОБ
Сад камней Сад камней

Обустраиваем габионы на даче своими руками

Лиза
Удивительно гиблые места: как природа возвращает отнятое человеком Удивительно гиблые места: как природа возвращает отнятое человеком

Как опасные для людей территории становятся убежищами для дикой природы

Популярная механика
Как сочетать цвета в одежде: 10 способов правильного Как сочетать цвета в одежде: 10 способов правильного

Классическое правило трех цветов в луке уже давно не работает

Cosmopolitan
Как я пытался стать мусорным королем Новочеркасска, организовав раздельный сбор отходов. И почему у меня не вышло Как я пытался стать мусорным королем Новочеркасска, организовав раздельный сбор отходов. И почему у меня не вышло

История бизнесмена, решившего организовать сбор, сортировку и продажу мусора

Inc.
Кто из звезд не общается с родственниками: Мадонна, Анджелина Джоли и другие Кто из звезд не общается с родственниками: Мадонна, Анджелина Джоли и другие

Семейные неурядицы не обходят стороной и знаменитостей

Cosmopolitan
Линяющему микрораптору присвоили хорошие летные способности Линяющему микрораптору присвоили хорошие летные способности

Найдены свидетельства того, что у микрораптора маховые перья менялись постепенно

N+1
Не могу сказать «прощаю» Не могу сказать «прощаю»

Почему так трудно отпустить прошлые обиды и все забыть

Лиза
Как устроены школы в США? 10 главных особенностей Как устроены школы в США? 10 главных особенностей

Чем школы в Америке отличаются от российских?

Psychologies
Что нужно, чтобы стать тату-мастером: пошаговая инструкция освоения профессии Что нужно, чтобы стать тату-мастером: пошаговая инструкция освоения профессии

Готов превратиться в крутого тату-мастера?

Playboy
Памяти Кансая Ямамото: вспоминаем японского дизайнера Памяти Кансая Ямамото: вспоминаем японского дизайнера

Первый японский дизайнер, добившийся признания на Западе

GQ
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
Руководство по выбору художника и современной живописи Руководство по выбору художника и современной живописи

Как выбрать такую картину, чтобы пару лет спустя не жалеть о покупке

СНОБ
1930-е: советская технология говорящей бумаги 1930-е: советская технология говорящей бумаги

Поистине революционная альтернатива патефону!

Популярная механика
«Работа в модельном бизнесе лишает уверенности в себе» «Работа в модельном бизнесе лишает уверенности в себе»

Принято считать, что работа моделью подтверждает девушке: она хороша собой

Psychologies
7 неожиданных способов оставаться твердым, когда это нужно (если ты понял, о чем мы) 7 неожиданных способов оставаться твердым, когда это нужно (если ты понял, о чем мы)

Чтобы твой «друг» никогда не подводил

Playboy
Открыть в приложении