|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Надпровідність. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття Ще в давнину було зазначено, що агрегатний стан речовини залежить від зовнішніх умов. Найяскравіший і наочний приклад - перетворення води на лід та пару. Вперше газ (аміак) був зріджений в 1792 голландським фізиком М. ван Марумом. Майкл Фарадей, Починаючи з 1823 року, перевів у рідкий стан відразу кілька газів: хлор, сірчистий та вуглекислий гази. Процес не був складним, адже проміжні гази зріджуються за досить високої температури. Інша річ справжні гази. Минуло понад п'ятдесят років, поки вдалося перевести їх у рідкий стан. У 1877 році Р. Пікте та Л. Кальєте отримали рідкий кисень і рідкий азот. У промислових масштабах зрідження повітря здійснив німецький інженер К. Лінде лише 1895 року. Тепер, здавалося, за вже відпрацьованою схемою легко вдасться перевести у рідкий стан будь-який інший газ. Але не тут було. Справді, переважна більшість газів під час розширення охолоджуються. Однак норовливі водень, неон і гелій поводяться "нечесно" - при розширенні вони нагріваються. Вихід було знайдено до кінця ХІХ століття. З'ясувалося, щоб отримати рідкий водень та гелій, потрібно лише попередньо охолодити їх до порівняно низької температури. Отримати рідкий водень одночасно намагалися Ольшевський у Кракові, Камерлінг-Оннес у Голландії та Дьюар в Англії. У цьому змаганні переміг Дьюар: 10 травня 1898 він отримав 20 кубічних сантиметрів рідкого водню. Ще за кілька місяців він зумів отримати твердий водень. Від абсолютного нуля його відокремлювало лише 14 градусів. Блискучий розум, чудове мистецтво експериментатора та відмінна ерудиція допомогли стати Джемсу Дьюару одним із піонерів кріогенної техніки. Примітно, що і сам термін (від грецького "kryos" - холод), і знаменита "судина Дьюара" належать йому. Але гелій наполегливо не хотів підкорятися. Лише 9 липня 1908 року надійшла звістка, що професор Хейке Камерлінг-Оннес (1853–1926) з Лейденського університету здійснив зрідження гелію. Інтуїції та майстерності Дьюара він протиставив систему, здібності чудового організатора. Відому лабораторію Камерлінга-Оннеса в Лейдені, директором якої він став у 29 років, називають першою моделлю науково-дослідного інституту XX століття. "Наприкінці досвіду Камерлінг-Оннес зробив спробу отримати твердий гелій, - пише Р.Бахтамов. - Це йому не вдалося. Не вдавалося і потім, коли він дійшов до температури 1,38, а потім і 1,04 градуса Кельвіна. Не розуміючи Причини цього дивного явища, проте він змусив себе відступити і перейшов до наступного пункту наміченої програми - до дослідження властивостей металів при гелієвій температурі. Оннес виміряв електроопір золота, платини і взявся за ртуть. І тут почалися несподіванки. 28 квітня 1911 року він повідомив Нідерландської королівської академії, що опір ртуті досяг так малої величини, що " прилади його виявили " . 27 травня повідомлення було уточнено: опір ртуті падає не поступово, а різко, стрибком, і знижується настільки, що можна говорити про "зникнення опору". У статті, опублікованій у березні 1913 року, Оннес вперше вживе термін "надпровідність". Ще через 11 років він дещо почне розуміти у цьому дивному явищі. Через 50 років явище буде пояснено, хоч і далеко не повністю. Кілька разів Оннес спостерігав і інше досить дивне явище - надзвичайно високу рухливість гелію. Але це було настільки неприродно, що Оннес навіть намагався щось зрозуміти. Він продовжував свою лінію, рухаючись дедалі ближче до абсолютного нуля. Користувався він, по суті, одним методом: щоб зменшити тиск пари рідкого гелію, ставив дедалі потужніші насоси. Зрештою, Оннес дійшов до 0,83 градуса Кельвіна. Здавалося, це межа. Однак у квітні 1926 року – через два місяці після смерті Камерлінг-Оннеса – американський професор Латімер, розвинувши ідею канадця Вільяма Джіока, запропонував новий спосіб охолодження – магнітний. У 1956 році Френк Сімон з Оксфорда отримав температуру 0,00001 градуса Кельвіна, лише на одну стотисячну градуса вище абсолютного нуля». Дивно, але лише через тридцять років з моменту зрідження гелію було відкрито найбільш екзотичну його властивість - надплинність, хоча проводилися тисячі експериментів. Але одного разу група канадських учених таки наважилася навести опис, рішуче відмовившись від висновків. "Правильне рішення щодо нового явища, - зазначили вони, - неважко зробити навіть студенту першого курсу. Але лише зрілі та досвідчені фізики взяли б на себе сміливість цілком серйозно припустити, що теплопровідність рідини раптово збільшується в мільйони разів". На початку 1938 року журнал "Nature" опублікував дві статті. Одна з них належала радянському вченому П.Л. Капиці, а інша Аллену та Мізенару з Кембриджського університету. Їхні результати та висновки збіглися: потік рідкого гелію майже зовсім позбавлений в'язкості. Саме Капіці належить і термін "надплинність", що став загальноприйнятим. Вражаюче - атоми гелію і вільні електрони металу поводяться однаково. Це відкриття дозволило зв'язати обидва явища: надпровідність та надплинність електронного потоку у провіднику. Надпровідність була відкрита на початку століття, проте тільки в 1957 Бардін, Купер і Шріфер зуміли дати задовільний пояснення явищу надпровідності, побудувавши теорію, що носить їх ім'я (теорія БКШ). "Що ж відбувається в надпровіднику? - Запитує Редже у своїй книзі. - Повна відповідь на це питання тривала і складна. Зазвичай два електрони в порожнечі відштовхуються, але в металі позитивні заряди ядер екранують негативні заряди електронів, і відштовхування може майже повністю зникнути. У багатьох випадках екранування виявляється неповним, і тоді надпровідність не спостерігається. У деяких випадках грати стискаються навколо електрона, створюючи, таким чином, хмару позитивних зарядів, що обволікає цей електрон і притягує інші електрони. Результатом є незначне тяжіння між електронами. Оскільки це тяжіння слабке, воно призводить лише до того, що електрони пересуваються парами; таким чином, виникає зв'язок, подібний до хімічного, але в тисячі разів слабший. Отже, куперовская пара подібна до молекули "двоелектрона", а перехід у стан надпровідності можна вважати перетворенням електронного газу на газ, що складається з таких "молекул". Аналогічне явище зустрічається в хімії: так, якщо нагріти двоатомний кисень, він розпадається на одиночні атоми, здатні знову поєднатися при охолодженні. Електронний газ, що рухається в металі, конденсується в рідину з куперівських пар, яку ми і називатимемо "конденсатом". Радіус такої пари дорівнює приблизно 300 ангстрем, що набагато більше відстані між сусідніми атомами (кілька ангстрем). У морі, що складається з куперівських пар, важко уявити собі брижі або хвилі, довжина яких була б меншою за самих пар. Тому неоднорідності решітки з розмірами не більше десятка ангстрем не є перешкодами для перебігу конденсату, і втрати енергії не відбувається. Така основна причина виникнення надпровідності. Наразі ще важко уявити всі наслідки цього відкриття. Ефект надпровідності вже успішно використовується у швидкісних японських поїздах "Маглів". "Створено і працюють надпровідні магнітні системи з унікальними характеристиками, - пише Р.Бахтамов. - Фірма "Локхід", наприклад, побудувала електромагніт, який важить 85 кілограмів і дає магнітне поле 15 тисяч ерстед. Найбільші надпровідні магніти з полем 30–40 тисяч ерстед та розміром близько 4 метрів вже працюють у низці прискорювальних лабораторій Європи та Америки, створено магніти з полем до 170 тисяч ерстед. Ведуться роботи зі створення найбільших електричних машин - турбо- та гідрогенераторів із надпровідними системами збудження. Надпровідники відкривають нові можливості при створенні обчислювальних машин. Струм у надпровідних системах - ідеальний пристрій, що запам'ятовує, здатний зберігати колосальну кількість даних і видавати їх з фантастичною швидкістю. Вже отримані сплави, що зберігають надпровідність за 18–20 градусів Кельвіна. Створення речовини, яке мало б властивості при температурі хоча б у 100 градусів Кельвіна, призвело б до революції в електротехніці. Сучасна наука вважає, що завдання реальне, а наслідки її вирішення визначать одним словом – фантастичні”. Автор: Самін Д.К.
▪ Ноосфера
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Матриця відеоперемикачів FMS6501 ▪ Карти microSD підвищеної надійності Transcend High Endurance ▪ Створено найсильніший у світі електромагніт ▪ Sony припиняє випуск MiniDisc
▪ розділ сайту Обмежувачі сигналу, компресори. Добірка статей ▪ Революційний тримайте крок, невгамовний не дрімає ворог. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке шишкоподібне тіло? Детальна відповідь ▪ стаття Звідки приходить електрострум? Довідник ▪ стаття Термостабілізатор із ізольованим датчиком. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page