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
Гороскоп советского кино: какая ты героиня по знаку зодиака? Гороскоп советского кино: какая ты героиня по знаку зодиака?

Хочешь узнать, на какую именно героиню ты похожа? Читай наш гороскоп!

Cosmopolitan
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
Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение Глобальное потепление перевесило глобальное охлаждение

За последние десятилетия температура Земли выросла на один градус Цельсия

N+1
Пока огонь горит Пока огонь горит

Африка — колыбель человечества, а ЮАР — многонациональная и разнородная страны

Вокруг света
Морские черепахи оказались плохими штурманами Морские черепахи оказались плохими штурманами

Дарвин был неправ, думая, что черепахи всегда безупречно находят нужный остров

N+1
Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim

Оксана Самойлова впервые высказалась о несостоявшемся разводе с рэпером Джиганом

Cosmopolitan
Правила жизни Евы Грин Правила жизни Евы Грин

Правила жизни французской актрисы Евы Грин

Esquire
Мутнеет ли Байкал? Мутнеет ли Байкал?

Действительно ли Байкал мутнеет, и связано ли это с гибелью губок?

N+1
Лофтус Холл: самый известный в Ирландии дом с привидениями Лофтус Холл: самый известный в Ирландии дом с привидениями

По местным приданиям, привидения в доме появились после визита самого дьявола

Maxim
Редактирование эмбриона бычка превратит половину его женских потомков в самцов Редактирование эмбриона бычка превратит половину его женских потомков в самцов

Ген SRY заставит XX зародыши развиваться по мужскому пути

N+1
Динозавры в городе! Динозавры в городе!

Как повели бы себя древние рептилии, оказавшись посреди мегаполиса

N+1
5 вымышленных животных, оказавшихся настоящими: от мифа к науке 5 вымышленных животных, оказавшихся настоящими: от мифа к науке

Некоторые существа, населяющие нашу планету, выглядят слишком фантастически

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
«Оттепель: События. Март 1953 — август 1968 года» «Оттепель: События. Март 1953 — август 1968 года»

Отрывок из книги Сергея Чупринина, посвященный событиям октября 1962 года

N+1
Какой радар-детектор выбрать для города и путешествий? Какой радар-детектор выбрать для города и путешествий?

Чем отличаются радар-детекторы и как их правильно выбирать

CHIP
«Мои деньги — мое дело»: выстраиваем финансовые границы «Мои деньги — мое дело»: выстраиваем финансовые границы

Как правильно выстроить финансовые отношения с близкими

Psychologies
Никто не знает, что в коробке: как игрушки по $8 помогли 33-летнему китайцу стать миллиардером Никто не знает, что в коробке: как игрушки по $8 помогли 33-летнему китайцу стать миллиардером

Основатель Pop Mart Ван Нин собирается покорять зарубежные рынки

Forbes
Она такая одна! Кэтрин Бигелоу — женщина-режиссер с «Оскаром» Она такая одна! Кэтрин Бигелоу — женщина-режиссер с «Оскаром»

Кэтрин Бигелоу разрывает все шаблоны о женщинах в кино

Cosmopolitan
Не только налоговый маневр: как еще государство может помочь IT-компаниям Не только налоговый маневр: как еще государство может помочь IT-компаниям

Поддержка IT-отрасли в виде налоговых льгот не очень эффективна

Forbes
Как движение #MeToo трансформируется в российских реалиях Как движение #MeToo трансформируется в российских реалиях

Почему в России харассмент и абьюз не считаются серьезной проблемой

РБК
Кому грозит невроз Кому грозит невроз

Сегодня в помощи психотерапевта нуждается каждый пятый житель планеты

Лиза
Правила жизни Брюса Ли Правила жизни Брюса Ли

Правила жизни мастера боевых искусств и актера Брюса Ли

Esquire
Стрижка горячими ножницами — маркетинг? Мнение стилистов Стрижка горячими ножницами — маркетинг? Мнение стилистов

Как давно существует техника стрижки горячими ножницами и в чем ее смысл?

Cosmopolitan
Ответ неверный Ответ неверный

Ты узнала об измене. Как теперь с этим жить?

Cosmopolitan
Тесла vs Эдисон: битва гения с бизнесом Тесла vs Эдисон: битва гения с бизнесом

Кто же лучше — Никола Тесла или Томас Эдисон?

Популярная механика
Риз Уизерспун. Блондинка вне закона Риз Уизерспун. Блондинка вне закона

Возможно, в сутках Риз Уизерспун не менее тридцати шести часов

Караван историй
«Рептилоиды на плоской Земле. Лженаука» «Рептилоиды на плоской Земле. Лженаука»

Возможна ли вообще кремниевая жизнь?

N+1
Марсианские хроники: почему марсоход NASA «Персеверанс» может совершить революцию в исследовании космоса (даже если не найдет на Марсе жизнь) Марсианские хроники: почему марсоход NASA «Персеверанс» может совершить революцию в исследовании космоса (даже если не найдет на Марсе жизнь)

Планетоход «Персеверанс» — самый продвинутый из всех аппаратов такого рода

Esquire
Открыть в приложении