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

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Аллергия на солнце: как защитить кожу и что делать, если она пострадала Аллергия на солнце: как защитить кожу и что делать, если она пострадала

Разбираемся, что нужно знать, чтобы распознать и убрать фотодерматит

РБК
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
Смокер, швенкер и парилья Смокер, швенкер и парилья

Культура барбекю в России набирает обороты

Bones
Завтрак с Сократом Завтрак с Сократом

Философия повседневной жизни

kiozk originals
Что делать с одеждой, которая вам не нужна? Что делать с одеждой, которая вам не нужна?

Говорим сразу: выбрасывать старую одежду – не вариант

GQ
30 способов перезапустить свое тело 30 способов перезапустить свое тело

Полное руководство по тому, как выжать максимум из человеческого организма

kiozk originals
Белухи объединились в группы с друзьями и родственниками Белухи объединились в группы с друзьями и родственниками

Группы белух представляют собой смесь родственных и неродственных особей

N+1

Как живут люди с дислексией

Cosmopolitan
Играют все! Играют все!

Время устроить семейный турнир по настольным играм. Выбирай на свой вкус

Лиза
10 советов для интенсивного и яркого оргазма 10 советов для интенсивного и яркого оргазма

Оргазм кажется нам обязательным завершением любого сексуального акта

Psychologies
«Наша цель  — раздеть Лукашенко»: уехавший в Россию соперник белорусского президента о бегстве и стратегии оппозиции «Наша цель  — раздеть Лукашенко»: уехавший в Россию соперник белорусского президента о бегстве и стратегии оппозиции

Почему Валерий Цепкало не верит в честную победу Александра Лукашенко

Forbes
Прокололась... Прокололась...

За своими словами стоит следить всегда, особенно на работе

Лиза
Кровавая госпожа: изощренные пытки помещицы Салтычихи Кровавая госпожа: изощренные пытки помещицы Салтычихи

Неужели эта хрупкая барышня в прямом смысле слова пролила реки крови?

Cosmopolitan
Ford представил совершенно новый внедорожник Ford представил совершенно новый внедорожник

Наконец что-то годное от «Голубого овала»…

Maxim
Мал, да удал: 7 малоизвестных фактов о Ватикане Мал, да удал: 7 малоизвестных фактов о Ватикане

Семь занятных фактов о карликовом государстве Ватикан

Популярная механика
Как жить в мире, где все отвлекает, или почему пожарные машины красного цвета Как жить в мире, где все отвлекает, или почему пожарные машины красного цвета

Как работает наше внимание?

Forbes
Как я пытался стать мусорным королем Новочеркасска, организовав раздельный сбор отходов. И почему у меня не вышло Как я пытался стать мусорным королем Новочеркасска, организовав раздельный сбор отходов. И почему у меня не вышло

История бизнесмена, решившего организовать сбор, сортировку и продажу мусора

Inc.
Всё, что вам нужно знать знать о консилере для лица Всё, что вам нужно знать знать о консилере для лица

Каждая девушка мечтает о ровном и красивом цвете лица

Cosmopolitan
Вот это закалка! Вот это закалка!

Лето – самый благоприятный период для закаливания. Солнце, воздух, вода...

Лиза
Темная сторона погони за славой. Как обман и мистификация оборачиваются крахом репутации Темная сторона погони за славой. Как обман и мистификация оборачиваются крахом репутации

Во времена поголовного онлайн-присутствия личный бренд есть практически у всех

Forbes
Зачем миллиардеру Андрею Филатову конный Рузвельт и сидящий Баранов Зачем миллиардеру Андрею Филатову конный Рузвельт и сидящий Баранов

Зачем основателю фонда Art Russe Андрею Филатову памятники?

Forbes
Когда 3 мало, а 6 — уже много: почему у автомобиля 4 колеса Когда 3 мало, а 6 — уже много: почему у автомобиля 4 колеса

Почему подавляющее большинство легковых машин имеют 4 колеса?

Популярная механика
Хочу собаку! Хочу собаку!

Что делать, если ребенок хочет завести домашнего питомца

Лиза
Как продвинуть свой инстаграм и заработать на нем в 2020 году: гид инфлюенсера Как продвинуть свой инстаграм и заработать на нем в 2020 году: гид инфлюенсера

Сейчас расскажем, как стать настоящей селебой и увеличить свои доходы

Playboy
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
Накипь — долой: как очистить стиральную машину Накипь — долой: как очистить стиральную машину

Стиральная машина делает чистым ваше бельё, но часть грязи оседает внутри нее

Популярная механика
Чего я не знал, начиная бизнес: Марк Саневич, BestDoctor Чего я не знал, начиная бизнес: Марк Саневич, BestDoctor

Марк Саневич должен был лечить людей, а стал предпринимателем

Inc.
Виктор Цой. 1984 – 1988 Виктор Цой. 1984 – 1988

«Кино» требует развития, и Цой собирает электрический квартет

Esquire
Почему христиане выступают за музей в Святой Софии Почему христиане выступают за музей в Святой Софии

Решение вернуть статус мечети собору Святой Софии вызвало бурю протестов

СНОБ
Открыть в приложении