Сверхпроводники

Содержание:   Введение…………………………………………………………………………….3 1. Сверхпроводники. У начала пути. 1.1 Чудеса вблизи абсолютного нуля…………………………………………..4 1.2 У начала пути…………………………………………………………………5 1.3 Лейден, 1911г. открытие сверхпроводимости…………………………….5

2. Основные понятия.  

2.1 Конечные температуры (критические)…………………………………...8

2.2 Критический ток……………………………………………………………..8

2.3 Эффект Мейснера……………………………………………………………9

2.4 Глубина проникновения…………………………………………………….10

2.5 Сверхпроводники первого второго рода. Абрикосовские вихри………11

3. Свойства сверхпроводников

3.1 Нулевое сопротивление……………………………………………………..14

3.2 Сверхпроводники в магнитном поле……………………………………...15

3.3 Промежуточное состояние при разрушении сверхпроводимости током………………………………………………………………………………..16

3.4 Сверхпроводники I и II рода……………………………………………….17

3.5 Туннельные эффекты……………………………………………………….18

3.6 Эффект Джозефсона…………………………………………………………19

3.7 Влияние кристаллической решетки………………………………………20

3.8 Изотопический эффект……………………………………………………...20

4. Микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина – Купера – Шриффера (БКШ) и Боголюбова

4.1 Теория БКШ………………………………………………………………….22

4.2 Энергетическая щель……………………………………………………….22

4.3 Бесщелевая сверхпроводимость…………………………………………...23

5. Термодинамика перехода в сверхпроводящее состояние…………………25

6. Теория Гинзбурга – Ландау

6.1 Примеры фазовых переходов………………………………………………28

6.2 Теория Гинзбурга – Ландау. Свободная энергия сверхпроводника…..29

7. Электродинамика сверхпроводников

7.1 Уравнения Лондонов………………………………………………………..30

7.2 Эффект Мейснера……………………………………………………………31

7.3 Глубина проникновения пипардовских частиц…………………………32

8. Профессии сверхпроводников

8.1 Магнетизм и сверхпроводимость………………………………………….33

8.2 Сверхпроводящие провода…………………………………………………33

8.3 МГД – энергетика……………………………………………………………34

9. Применение сверхпроводимости……………………………………………..36

Заключение………………………………………………………………………...39

 

Список литературы……………………………………………………………….40

  Введение.

Начав изучение физики с явлений в макроскопических системах, человек приобретает ряд «классических предрассудков», ему очень хочется сохранить для микромира понятие размера, траектории, цвета и т.п. Мои наглядные представления являются отражением того, с чем мы сталкиваемся в обыденной жизни, между тем как квантовые явления проявляются обычно в недоступном непосредственному восприятию микромире. «Классические предрассудки» заставляют нас ставить вопросы, на которые нельзя ждать разумных ответов. Человеческое воображение зачастую отказывается служить в этом странном мире квантовых явлений. Но, как сказал Л. Д. Ландау, «величайшим триумфом человеческого гения является то, что человек способен понять вещи, которые он уже не в силах вообразить».

Нам [молодому поколению] пройти этот неизбежный путь отказа от классических представлений намного легче, ибо можно воспользоваться опытом предшественников. Как ни парадоксально звучат иногда утверждения квантовой механики, они неизбежны. К ним приводит неодолимая логика экспериментальных фактов.

Цель данной работы – выяснить, в чем заключается физика сверхпроводимости, одно из главных явлений микромира.

1. Сверхпроводники. У начала пути.

Так рождалась сказка о стране чудес, так шаг за шагом разворачивались события.

 Л.Кэрролл «Алиса в стране чудес»

1.1.  Чудеса вблизи абсолютного нуля.

 

Немало поводов для размышлений принесло физикам XX столетие. Среди них результаты опытов в условиях сверхглубокого холода при температурах всего лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля.

Понятие абсолютный ноль вошло в физику в середине XIX века. Родившись из газового закона, оно постепенно распространилось на все состояния вещества, приобрело фундаментальное значение для всей физики.

Абсолютному нулю соответствует температура -273 градуса Цельсия (точнее – 273,15˚С). Любое вещество больше охладить нельзя, т.е. нельзя у него отнять энергию. Иными словами , при абсолютном нуле молекулы вещества обладают наименьшей возможной энергией, которая уже не может быть отмена от тела ни при каком охлаждении. При каждой попытке охладить вещество энергия в нем остается все меньше и меньше, но всю ее вещество никогда не сможет отдать охлаждающему устройству. По этой причине ученые не достигли абсолютного нуля и не надеются сделать это, хотя они уже творят чудеса, достигая температуры порядка миллионных долей градуса.

Так как абсолютный ноль есть самая низкая температура, то естественно, что в физике, особенно в тех разделах, где идет речь о низких температурах, пользуются термодинамической температурной шкалой, которая может быть проградуирована в Кельвинах (К) и в градусах Цельсия (˚С); соотношение между температурой любой из этих шкал: Т= t+273, Т – абсолютный ноль , t – температура.

 Исследования при температурах, близких к абсолютному нулю давно привлекли к себе внимание ученых, такие температуры в физике называются криогенными (от греческого слова «крио» – холод). При криогенной температуре происходит много удивительного. Ртуть замерзает так, что ею можно забивать гвозди, резина разлетается на осколки от удара молотком, некоторые металлы становятся хрупкими как стекло.

Поведение вещества вблизи абсолютного нуля зачастую не имеет ничего общего с его поведением при обычных температурах. Казалось бы, вместе с теплом из вещества уходит энергия, а застывшее вещество уже не может представлять интереса.

Еще столетие назад так и считали: абсолютный ноль – это смерть материи. Но вот физики получили возможность работать при сверхнизких температурах, и оказалось, что область вблизи абсолютного нуля не такая уж мертвая. Совсем наоборот: здесь начинают проявляться многочисленные красивые эффекты, которые при обычных условиях, как правило, замаскированы тепловым движением атомов. Именно здесь начинается тот мир – удивительный и порой парадоксальный, который называется сверхпроводимостью.

Сверхпроводимость – способность вещества пропускать электрический ток, не оказывая ему ни малейшего сопротивления. Открытие этого уникального явления не имеющего аналога в классической физике, мы обязаны замечательному голландскому ученому Гейне Камерлинг – Оннесу.