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

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
Об одном забытом слове Об одном забытом слове

Что случилось с первой матцею московского первопечатника?

Наука и жизнь
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Дела семейные Дела семейные

Сестры Соня и Варя Чельцовы живут и творят душа в душу

Vogue
Очевидно невероятные Очевидно невероятные

Новые семь чудес света

Grazia
Глазами иностранца: повышает ли знание нескольких языков ваши шансы на успех Глазами иностранца: повышает ли знание нескольких языков ваши шансы на успех

Какой иностранный язык после английского стоит выучить следующим

Forbes
100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Что за детский сад? Что за детский сад?

Современная квартира, вызывающая ностальгические чувства

AD
The New Republic (США): смертоносное одиночество The New Republic (США): смертоносное одиночество

Кто такие одинокие люди, какова ключевая составляющая этого чувства и чем опасно

ИноСМИ
Правде в глаза Правде в глаза

Никита Ефремов — о главной роли в сериале «Хороший человек»

Vogue
Посадить по науке: как, зачем и почему возбуждают дела о государственной измене Посадить по науке: как, зачем и почему возбуждают дела о государственной измене

Исследуем поток шпионских дел

Esquire
В лесу, на озере и в окружении искусства: 9 лучших мест для летнего отдыха в Подмосковье В лесу, на озере и в окружении искусства: 9 лучших мест для летнего отдыха в Подмосковье

Даже с закрытыми границами необязательно проводить все лето в душном городе

Forbes
Ничего лишнего, все нужное: 5 простых правил осознанного шопинга Ничего лишнего, все нужное: 5 простых правил осознанного шопинга

Как привести свой гардероб к балансу и отправиться на шопинг с пользой

Esquire
Как всё успевать, когда у вас миллион срочных дел. Метод временных блоков Как всё успевать, когда у вас миллион срочных дел. Метод временных блоков

Управленческий талант проявляется в том, чтобы контролировать время

Inc.
Если в детстве ваши чувства игнорировали: восстанавливаем контакт с собой Если в детстве ваши чувства игнорировали: восстанавливаем контакт с собой

Игнорирование детских переживаний приводит к серьезным психологическим травмам

Psychologies
«За что мне все это?» или Как нам мешают ложные установки «За что мне все это?» или Как нам мешают ложные установки

Действительно ли сказанные в отчаянии слова отражают то, что мы думаем?

Psychologies
Белок герпесвируса связали с развитием депрессии Белок герпесвируса связали с развитием депрессии

Инфекция герпесвирусом шестого типа может привести к развитию депрессии

N+1
Как нумизмат из Феодосии борется за свой Музей денег Как нумизмат из Феодосии борется за свой Музей денег

Почему Музей денег в Феодосии требуют закрыть

СНОБ
Осторожное снижение: ЦБ счел ненужными радикальные меры для поддержки экономики Осторожное снижение: ЦБ счел ненужными радикальные меры для поддержки экономики

Банк России понизил ключевую ставку на 0,25 п.п, до 4,25%

Forbes
Мы публикуем рецепт секретного допинг-коктейля российских олимпийцев «Дюшес» Мы публикуем рецепт секретного допинг-коктейля российских олимпийцев «Дюшес»

Отрывок из мемуаров Григория Родченкова – главного информатора WADA

GQ
Зачем нужно «отдыхать» от макияжа и как научиться это делать — мнение эксперта Зачем нужно «отдыхать» от макияжа и как научиться это делать — мнение эксперта

Когда и как устраивать отдых от макияжа?

Cosmopolitan
Правила жизни Эннио Морриконе Правила жизни Эннио Морриконе

Правила жизни итальянского композитора, аранжировщика и дирижера Эннио Морриконе

Esquire
Из-за глобального потепления суркам стало легче выжить летом и труднее зимой Из-за глобального потепления суркам стало легче выжить летом и труднее зимой

Одни и те же виды могут по-разному реагировать на климатические изменения

N+1
Номера без флага: сколько стоят и как получить Номера без флага: сколько стоят и как получить

Правда и мифы о том, какие привилегии дает номерной знак без триколора

РБК
Почему история Сергея Фургала никого не тронула за пределами Дальнего Востока Почему история Сергея Фургала никого не тронула за пределами Дальнего Востока

Почему протест не вышел за пределы Хабаровского края

СНОБ
Проклятые фильмы: 6 кинокартин, где актеров постигли несчастья Проклятые фильмы: 6 кинокартин, где актеров постигли несчастья

Фильмы, вокруг которых всё еще витает злой рок

Cosmopolitan
Все включено: как интернет изменил наш способ думать, жить и познавать мир Все включено: как интернет изменил наш способ думать, жить и познавать мир

Как пользование интернетом заставляет человеческий мозг работать по-новому

Esquire
20 лучших ролей Тома Круза за всю карьеру 20 лучших ролей Тома Круза за всю карьеру

Путь Тома Круза: от кумира тинейджеров до одного из главных актеров Голливуда

Esquire
Алмазные решения для квантовых задач Алмазные решения для квантовых задач

За синтетическими алмазами будущее!

Наука и жизнь
Забери себе слова. Как говорить о сексе Забери себе слова. Как говорить о сексе

Как услышать партнера и почему нужны стоп-слова?

СНОБ
Открыть в приложении