Сверхпроводимость и что она собой представляет: зависимость, применение

Впервые, исходя из задокументированных сведений, сверхпроводимость наблюдал голландский учёный Х. Камерлинг-Оннес. Он исследовал проводимость охлаждённой до 4,15 К ртути и заметил, что металл в таком энергетическом состоянии переходит в качественно новое состояние. Оно наблюдалось при приложении к ртути сильного (критического) магнитного поля. Кратко рассмотрим явление сверхпроводимости: что это за процесс, его определение, где применяется. Назовём условия его возникновения.

Что такое сверхпроводимость в физике

До проведения опытов учёные предполагали, что сопротивление материалов снижается параллельно с их нагревом. Камерлинг-Оннес с помощниками в лучшей криогенной лаборатории начала XX века подтвердили это, пока не столкнулись с резким исчезновением сопротивления у охлаждённой ртути. Этот эффект перечеркнул все существующие на то время теории. 

Скачкообразное исчезновение сопротивления металлов до ноля при их охлаждении ниже критической температуры называется сверхпроводимостью. Причём проводимость возрастает мгновенно. Явление наблюдается для более чем сотни металлов, их сплавов, керамических материалов. В чем же заключается суть явления сверхпроводимости? Его смысл –  в исчезновении, выталкивании проводником магнитного поля из собственного объема за его пределы (эффект Мейснера). Объяснить механизм падения сопротивления не могли до 1950-х годов, но на практике это явление использовали без теоретического обоснования.

Для пропускания электричества через проводник на него нужно воздействовать полем, которое обеспечивает передачу волновой электрической энергии электронами. Для этого в цепь подключают источник ЭДС, при его отключении прекращается передача тока. Со сверхпроводниками картина иная. Чтобы поддержать ток электронов по проводнику ЭДС не нужна, электричество будет протекать по нему даже после отключения от источника ЭДС. 

Подробное изучение сверхпроводимости позволило разделить сверхпроводники на материалы I (без магнитного поля) и II рода (наблюдается магнитное поле). Материалы с нулевым сопротивлением открываются регулярно. Каждые пару лет делаются новые открытия, например, в 2019 г. эффект обнаружен у сплава LaH₁₀ при -23 °C под высоким давлением. 

При изучении сверхпроводимости выявлены зависимости сопротивления проводника от температуры, которые отличаются для различных материалов и условий их эксплуатации (давление, наличие и количество примесей, их тип).

Сверхпроводимость: применение человеком

Сверхпроводники не технологичны. Во-первых, сложно и дорого поддерживать низкую температуру материалов, проявляющих свойства отсутствия сопротивления при низких температурах, во-вторых, в таком состоянии они очень хрупкие, в-третьих, они не стабильны. В технике преимущественно используют сплавы ниобия – сверхпроводники II рода. Применяются в детекторах фотонов, при создании ячеек памяти, магнитопланах, турбогенераторах.

Что представляет собой сверхпроводимость?

1. Явление, присущее проводникам при охлаждении ниже ноля °C.
2. Свойство ряда материалов, заключающееся в нулевом сопротивлении.
3. Исчезновение электрического сопротивления материала при охлаждении ниже критической температуры.