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
Прогулки со многими неизвестными Прогулки со многими неизвестными

Зачем люди по всему миру отправляются к случайным точкам на карте

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

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Как диджитал помогает заботиться об экологии Как диджитал помогает заботиться об экологии

Как диджитал поможет донести важную информацию до этих самых миллионов

СНОБ
Колыбель гениев Колыбель гениев

Отправление во Флоренцию по следам гениев прошлого и в поисках гениев настоящего

Вокруг света
Кирилл Лятс: Гитлерград Кирилл Лятс: Гитлерград

Отрывок из романа Кирилла Лятса в жанре альтернативной истории

СНОБ
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Стихия земли, или нечто Стихия земли, или нечто

В нашем герое западная культура смешалась с Владимирской областью

Seasons of life
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
Как всё успевать, когда у вас миллион срочных дел. Метод временных блоков Как всё успевать, когда у вас миллион срочных дел. Метод временных блоков

Управленческий талант проявляется в том, чтобы контролировать время

Inc.
Как приготовить люля-кебаб на мангале: 3 аппетитных рецепта Как приготовить люля-кебаб на мангале: 3 аппетитных рецепта

Прекрасная альтернатива шашлыку

Playboy
Самые красивые свадебные платья: выбираем стиль, фасон и цвет Самые красивые свадебные платья: выбираем стиль, фасон и цвет

Рассказываем про самые красивые свадебные платья, варианты пошива, стиля, цвета

Cosmopolitan
Самые неадекватные проявления любви к президентам на постсоветском пространстве Самые неадекватные проявления любви к президентам на постсоветском пространстве

Конкурс песни и лести для власти объявляется открытым!

Maxim
У компа была «собака» У компа была «собака»

55 лет назад появилась электронная почта

Огонёк
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
«Страна должна сделать так, чтобы политика не лезла в IT». Фазлыев, Токовинин, Хачуян, Орловский и Чачава — о налоговом маневре в IT-индустрии «Страна должна сделать так, чтобы политика не лезла в IT». Фазлыев, Токовинин, Хачуян, Орловский и Чачава — о налоговом маневре в IT-индустрии

Что предложенный налоговый маневр значит для IT-индустрии?

Inc.
Благотворительные матчи в FIFA, «домашний» турнир adidas и новые форматы для блогеров: как киберспорт стал главным развлечением карантина Благотворительные матчи в FIFA, «домашний» турнир adidas и новые форматы для блогеров: как киберспорт стал главным развлечением карантина

Что такое киберспорт? Как начать зарабатывать играми и найти команду?

Esquire
Главное – сломать систему! Главное – сломать систему!

Интервью участников коллектива P22 Ивана Далматова и Ивана Привалова

Playboy
Лето наших надежд Лето наших надежд

Актриса Александра Ревенко ответила на десять вопросов о лучшем времени года

Grazia
История премии Bad Sex in Fiction Award: кто и за что получал награду за худшее описание секса в литературе История премии Bad Sex in Fiction Award: кто и за что получал награду за худшее описание секса в литературе

Почему неуклюжая сцена секса еще не значит, что роман плохой?

Esquire
«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
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
The Beatles сыграли важную роль The Beatles сыграли важную роль

За последние два десятилетия Дэнни Бойл вошел в историю кинематографа

Playboy
Кристофер Хитченс о том, почему религия — зло Кристофер Хитченс о том, почему религия — зло

Почему религия — источник практически всех земных зол?

Esquire
Сила горя: зачем нужно оплакивать потери Сила горя: зачем нужно оплакивать потери

Одно из самых тяжких человеческих переживаний часто раскладывают на стадии

Psychologies
Детям лучше на природе: так ли это и почему? Детям лучше на природе: так ли это и почему?

Контакт с природой очень важен для развития и благополучия ребенка

Psychologies
Английская булавка: патент на нее продали за... $100 Английская булавка: патент на нее продали за... $100

Уолтер Хант совершил больше изобретений, чем кто-либо другой в мире

Популярная механика
6 величайших сделок в истории спорта и моды 6 величайших сделок в истории спорта и моды

Основным источником дохода этих спортивных звезд являются рекламные контракты

GQ
«Говорят, я копирую Стива Джобса во всём»: история создателя китайских смартфонов Smartisan Ло Юнхао «Говорят, я копирую Стива Джобса во всём»: история создателя китайских смартфонов Smartisan Ло Юнхао

Ло Юнхао не раз сравнивал свою компанию с Apple

VC.RU
Несносные кумиры Несносные кумиры

Почему в Германии Маркс и Бисмарк более спорные фигуры, чем Тельман?

Огонёк
Открыть в приложении