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
Как возникают ложные воспоминания Как возникают ложные воспоминания

Отрывок из книги сестер Ильвы и Хильды Эстбю о науке запоминания и забывания

СНОБ
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
Владимир Коренев. До и после Ихтиандра Владимир Коренев. До и после Ихтиандра

Ранний брак удержал Владимира Коренева от многих ошибок

Караван историй
Новая дисциплина Новая дисциплина

Чемпионка мира, чемпионка Европы, призер Олимпийских игр – Евгения Медведева

Maxim
Тайны советской разведки: микроточки с информацией Тайны советской разведки: микроточки с информацией

Микроточка: бесцветные письма и как их можно было прочитать

Популярная механика
Великая пустота Великая пустота

Самые большие объекты во вселенной заполнены ничем

Популярная механика
Вижу цель, вижу препятствия: что мешает нам на пути к успеху Вижу цель, вижу препятствия: что мешает нам на пути к успеху

Ставить себе цели и достигать их — умение непростое

Psychologies
#профессия: кинолог LizaAlert — о работе четвероногих спасателей #профессия: кинолог LizaAlert — о работе четвероногих спасателей

Лето для поисково-спасательного отряда LizaAlert — во всех смыслах жаркий сезон

РБК
Мне все равно, где писать Мне все равно, где писать

Интервью с писателем Борисом Акуниным

СНОБ
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
Проект Unpadik Shop: зачем сооснователь Qlean хочет заменить таблички с номерами квартир на всех дверях в России Проект Unpadik Shop: зачем сооснователь Qlean хочет заменить таблички с номерами квартир на всех дверях в России

Никита Павлов выпускает таблички с номерами квартир для дореволюционных домов

VC.RU
Физики создали мультиинструмент для изучения квантовых материалов Физики создали мультиинструмент для изучения квантовых материалов

Физики создали прибор для изучения свойств квантовых материалов

N+1
Порядок по-белорусски: как Лукашенко прополол электоральное поле Порядок по-белорусски: как Лукашенко прополол электоральное поле

Главные оппоненты Лукашенко не были зарегистрированы кандидатами в президенты

Forbes
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
Как раздеть девушку догола так, чтобы ей понравилось: 12 дельных советов Как раздеть девушку догола так, чтобы ей понравилось: 12 дельных советов

А ты умеешь делать это правильно?

Playboy
Что читать на выходных: рассказ «Нефть» Данила Леховицера — о том, как нас сжирает то, что мы любим Что читать на выходных: рассказ «Нефть» Данила Леховицера — о том, как нас сжирает то, что мы любим

Читайте рассказ постоянного автора Esquire Данила Леховицера

Esquire
Почему нам важно помогать другим Почему нам важно помогать другим

Как эволюция заложила в нас потребность помогать ближним

Psychologies
Фаркоп, обвес, багажник: водителей в 2021 году ждет важное изменение Фаркоп, обвес, багажник: водителей в 2021 году ждет важное изменение

Изменения в правила тюнинга перенесли на год

РБК
Как сказать девушке, что ты сегодня не хочешь? 4 способа сделать это деликатно Как сказать девушке, что ты сегодня не хочешь? 4 способа сделать это деликатно

Вопреки активно распространяемому стереотипу, мужчины — не похотливые создания

Playboy
Она позволила делать с собой все: страшный перформанс Марины Абрамович Она позволила делать с собой все: страшный перформанс Марины Абрамович

Никто не знал, до какой чего могут дойти люди, которым дали абсолютную власть

Cosmopolitan
Оговорка по Фрейду: на что намекает твое бессознательное, когда ты путаешь слова Оговорка по Фрейду: на что намекает твое бессознательное, когда ты путаешь слова

Некоторые оговорки и описки совсем не случайны

Cosmopolitan
«Как-то всё чудесно совпало» «Как-то всё чудесно совпало»

Александра Ребенок — о том, что всё в этой жизни случается вовремя

OK!
1930-е: советская технология говорящей бумаги 1930-е: советская технология говорящей бумаги

Поистине революционная альтернатива патефону!

Популярная механика
«Если памятники убрать, возникнет ощущение, что мы падаем» «Если памятники убрать, возникнет ощущение, что мы падаем»

Ербосын Мельдибеков о проекте «Трансформер» и превращении реальности в эпос

Weekend
Искусство неловкого молчания. Тайное оружие Илона Маска и Стива Джобса Искусство неловкого молчания. Тайное оружие Илона Маска и Стива Джобса

У основателей Tesla и Apple есть кое-что общее — «правило неловкого молчания»

Inc.
Война и мир и Amazon Война и мир и Amazon

Как русская классика становилась ньюсмейкером за границей

Weekend
Возвращение «пилы Чурова»: о чем свидетельствуют нарушения при голосовании о поправках в Конституцию Возвращение «пилы Чурова»: о чем свидетельствуют нарушения при голосовании о поправках в Конституцию

Насколько честно проходила компания по изменению Конституции России

Forbes
Болотоведы за четыре года нагрели болото и превратили его в источник парниковых газов Болотоведы за четыре года нагрели болото и превратили его в источник парниковых газов

Потепление сделало болота источниками эмиссии парниковых газов

N+1
«Я люблю Нью-Йорк»: как жил и работал дизайнер Милтон Глейзер, который придумал легендарный логотип I Love New York «Я люблю Нью-Йорк»: как жил и работал дизайнер Милтон Глейзер, который придумал легендарный логотип I Love New York

Ключевые факты в биографии культового дизайнера Милтона Глейзера

Esquire
Открыть в приложении