Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / РЕФЕРАТ, ФИЗИКА

Сверхпроводниковые материалы.

cool_lady 300 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 30 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 22.01.2021
Реферат на тему: "Сверхпроводниковые материалы."
Введение

У некоторых из металлов, а также некоторых сплавов и химических со-единений электрическое сопротивление становится равным нулю, а магнитный поток выталкивается из образца при их охлаждении ниже некоторой темпера-туры. Данное явление получило название сверхпроводимости. О привет. Впервые гелий был переведем в жидкое состояние в 1908 г. Хайке Ка-мерлинг-Оннесом в Лейденском университете, и с этого момента стало воз-можным изучать физические явления при экстремально низких температурах (точка кипения гелия при нормальном атмосферном давлении 4,2К). Если ты читаешь это. Более 10 лет назад в СМИ стали упоминаться такие понятия как ВТСП-(высокотемпературный сверхпроводник), НТСП-(низкотемпературный сверх-проводник)-термины, которые обычно использовали только специалисты - физики. Появлялись сообщения о революционном научном открытии, что человечество совершило прорыв в микроэлектронике и что скоро наступит новая эры в техническом развитии общества. Но почему же данным явление заинтересовались очень сильно только в наше время, а не сразу после его открытия? Чтобы ответить на этот вопросы, обратимся к истории открытия явления сверхпроводимости и поясним основ-ные понятия, связанные с этим явлением. Ты нашел пахталку
Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3 ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ 4 СВЕРХПРОВОДНИКИ 6
Список литературы

1. Боронин, В.Н., Коровкин Н.В., Кузнецов И.Ф. Теоретические основы элек-тротехники: Электромагнитные характеристики сверхпроводников/ В.Н. Боронин, Н.В. Коровкин, И.Ф. Кузнецов. СПб.: СПбГПУ. 2003. 2. Зеликман, М.А. Физика конденсированного состояния вещества. Основы физики сверхпроводников/ М.А. Зеликман. СПб.: Изд-во СПбГПУ. 2002. 3. Матвеев, А.Н. Электричество и магнетизм/ А.Н. Матвеев. М.: «ОНИС 21 век». 2005. 4. Мейлихов, Е.З. Общая физика сверхпроводников/ Е.З. Мейлихов. М.: МФТИ. 2003. 5. Павлов, Ю.М. Сверхпроводимость/ Ю. М. Павлов, В. А. Шугаев. М.: МЭИ. 1988. 6. Ципенюк, Ю.М. Физические основы сверхпроводимости/ Ю.М. Ципенюк. М.: МФТИ. 2003.
Отрывок из работы

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ В 1911 году нидерландский физик-экспериментатор Хейке Камерлинг Оннес (1853–1926) сделал удивительное открытие. Погрузив провод в жидкий гелий, температура которого составляет –273°С по шкале Цельсия или –460°F по шкале Фаренгейта. Камерлинг выявил, что при экстремально низких температурах сопротивление проводника падает практически до нуля. Время пахталок Вскоре это же явление было обнаружено во многих металлах. В настоящее время сверхпроводимость обнаружена у 30 элементов и у более 1000 сплавов, у которых критическая температура сверхпроводящего перехода TC меняется от 0,012 К для до 9,22 K. Сверхпроводящими являются многие сплавы, причем с температурами TC в некоторых случаях более высокими, чем в моноатомных металлах. Рекорд по сверхпроводимости долгое время держал сплав Nb3Ge с TC ? 23 K. График (1) - Температурные зависимости удельного сопротивления нормального металла (1) и переходящего в сверхпроводящее состояние при Т = ТС (2). С понижением температуры сопротивление всех металлов постепенно падает. Однако есть металлы и сплавы, у которых сопротивление при критической температуре резко падает до нуля – эти материалы превращаются в сверхпроводники. Металл и соединение Температура перехода Тк, К Металл и соединение Температура перехода Тк, К Молибден 0,92 Цинк 0,79 Ванадий 5,1 Nb3Sn 18,1 Тантал 4,38 NbV 14,7 Свинец 7,22 V3Si 17,0 Рений 2,40 Tl3Bi5 6,4 Белое олово 3,73 Таблица 1 – Температура перехода сверхпроводников в сверхпроводящее состояние. ? СВЕРХПРОВОДНИКИ Сверхпроводники – это вещества, сопротивление которых при низких температурах стремится к нулю. Свойствами сверхпроводников обладают некоторые металлы, несколько сотен сплавов и соединений металлов. При этом отдельные металлы, входящие в сверхпроводниковые сплавы и соединения, могут и не относиться к сверхпроводникам. В зависимости от того как изменяются их, при влиянии магнитного поля, сверхпроводники подразделяют на два типа: 1 и 2 рода. Сверхпроводники 1 рода при воздействии магнитного поля определенной критической напряженности переходят в сверхпроводящее состояние скачкообразно. Сверхпроводники 2 рода наоборот – переходят в него постепенно. График (2) - Зависимости критических магнитных полей от температуры для сверхпроводника первого (а) и второго (б) рода. Заштрихована область смешанного состояния. ? СВЕРХПРОВОДНИКИ ПЕРВОГО РОДА Сверхпроводники первого рода - это чистые вещества, у которых наблюдается полный эффект Мейсснера (поля меньшие 105 А/м). Рассмотрим протекание тока по проводнику круглого сечения, находящемся в сверхпроводящем состоянии. В отличии от экранирующего тока, возникающего при наложении магнитного поля, ток от внешнего источника будем называть транспортным. Если бы этот ток протекал внутри сверхпроводника, он создавал бы в его объеме магнитное поле, что противоречит эффекту Мейснера. Из этого следует что ток должен быть ограничен тонким слоем около поверхности проводника, в которую проникает магнитное поле. Толщина этого слоя равна глубине проникновения ?. С помощью правила Сильсби (критический ток IC, при котором сверхпроводимость разрушается, совпадает с током, создающим на поверхности суперпроводника магнитное поле Н = НС) можно определить также критические токи для сверхпроводников во внешнем магнитном поле. Для этого нужно сложить поле транспортного тока на поверхности с внешнем магнитным полем. Для проволоки радиусом R в магнитном поле Bа, перпендикулярном ее оси: Вр=2Bа+(1/(2?R))?0. Здесь значение 2Ва на образующей цилиндра получено для коэффициента размагничивания uм=1/2. Зависимость критического тока от внешнего поля Ва можно определить из уравнения: Iс=(2?R)/?0(Bс-2Bа). Протекающий по сверхпроводнику транспортный ток будет создавать магнитное поле. Между плотностью тока и магнитным полем существует связь, которая показывает, что критическому полю соответствует определенная критическая плотность тока. При этом совершенно безразлично, о каком токе идет речь - транспортном, или экранирующем. Для проводника круглого сечения магнитное поле на поверхности В0 и ток I (суммарный) связаны отношением: B0=?0(1/(2?R)), R - радиус проводника. Из полученного отношения следует, что критический ток имеет такую же зависимость от температуры, как и критическое магнитное поле. Расчет показывает, что для оловянной проволоки с R=0,5 мм критический ток Iкр=75 А, при Т=0 К. ? СВЕРХПРОВОДНИКИ ВТОРОГО РОДА Сверхпроводники второго рода отличаются от сверхпроводников первого рода тем что когда на поверхности появляется магнитное поле, и оно достигает значения Вc1, то сверхпроводник переходит в смешанное состояние. Проникновение магнитного поля в объем сверхпроводника приводит к тому, что в этих условиях транспортный ток распределяется равномерно по всему сечению, не занятому вихревыми нитями. Таким образом, в отличие от сверхпроводников первого рода, в которых ток протекает по тонкому поверхностному слою, в сверхпроводники второго рода транспортный ток проникает во всем объеме. Известно, что между током и магнитным полем всегда существует сила взаимодействия, которую называют силой Лоренса. Применительно к смешанному состоянию сверхпроводника эта сила будет действовать между абрикосовскими вихрями и транспортным током. Возможности транспортного перераспределения тока ограничены конечными размерами проводника, и, следовательно, под действием силы Лоренса вихревые нити должны перемещаться. Для описания особенностей поведения сверхпроводников в магнитном поле проанализируем термодинамику образования поверхностей раздела между сверхпроводящей и нормальной фазами. В нормальной области В?Bc, в сверхпроводящей спадает до нуля на глубине порядка ? (рис.3). В нормальном состоянии плотность сверхпроводящих электронов равна нулю, в то время, как в сверхпроводнике она имеет определенную величину ns(Т). На некотором расстоянии от границы ? плотность сверхпроводящих электронов по порядку величины достигает значения, равного ns(Т). Характеристический параметр ? называют длиной когерентности, зависимость ее от температуры определяется формулой: ?(Т)=?0(Tc/(Tc-T))Ѕ, где ?0 зависит от свойств сверхпроводника и составляет по порядку величины 10-6 - 10-8 м. ? СВОЙСТВА СВЕРХПРОВОДНИКОВ Главное и одновременно общее свойство всех сверхпроводников — это наличие критической температуры сверхпроводимости Тк. Ниже данной температуры электрическое сопротивление веществ становится ничтожно мало. Согласно данным последних оценок, верхний предел сопротивления веществ в сверхпроводящем состоянии составляет 10-26 Ом·м. Самой высокой критической температурой среди чистых веществ обладает ниобий (Тк=9,220 К), а наиболее низкой – иридий (Т к = 0,1400 К). Некоторые элементы могут претерпевать аллотропические превращения под воздействием высокого давления. Получающиеся при этом кристаллографические модификации при охлаждении переходят в сверхпроводящее состояние, хотя при обычных давлениях эти элементы не являются сверхпроводниками. Например, сверхпроводником является модификация TeII, образующаяся при давлении 56 000 атмосфер, BiII (25 тысяч атмосфер, Тк = 3,9 К), BiIII (27 тысяч атмосфер, Тк =7,2 К). В обычном состоянии Gа и Be не являются сверхпроводниками, но становятся ими при осаждении на подложках в виде тонких пленок. Появление сверхпроводимости при осаждении пленок из паровой фазы наблюдали также у Pr, Eu, Се, Nd, Yb. Сверхпроводимость – это коллективный эффект, который связан со структурой всего образца. Переход металла в сверхпроводящее состояние и обратно происходит при тех значениях температуры и напряженности магнитного поля, которые соответствуют точкам на кривой зависимости Н к от температуры (график №3). Учитывая обратимость перехода и различие свойств металла в сверхпроводящем и нормальном состояниях, этот переход можно рассматривать как фазовый переход между двумя различными состояниями одного и того же вещества: n-фазой (нормальное состояние) и s-фазой (сверхпроводящее состояние). Вскоре после открытия сверхпроводимости было обнаружено, что она разрушается магнитным полем и пропускание электрического тока высокой плотности. Величины критических магнитных полей Hc (0), разрушающих сверхпроводимость при Т = 0 К, в чистых металлах варьируются от 10-4 Тл для W до 0,1944 Тл для Nb. В сплавах и высокотемпературных сверхпроводниках значения Hc оказываются значительно большими, чем в чистых металлах. Например, в сплаве Nb3Ge Hc (0) = 60 Тл. Эксперименты показали, что с повышением температуры величины Hc уменьшаются по закону: Hc Hc (0)*(1-(T/Tc)^2) График 3. График роста рекордных значений Тс ? ТЕОРИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ Оказалось, что при крайне низких температурах целый ряд веществ обладает сопротивлением. Твердое тело, проводящее электрический ток, представляет собой кристаллическую решетку, в которой могут двигаться электроны. Если проводник находится в нормальном (несверхпроводящем) состоянии, то каждый электрон движется независимо от других. Способность любого электрона перемещаться и, следовательно, поддерживать электрический ток ограничивается его столкновениями с решеткой, а также с атомами примесей в твердом теле. Чтобы в проводнике существовал ток электронов, к нему должно быть приложено напряжение; это значит, что проводник имеет электрическое сопротивление. Если же проводник находится в сверхпроводящем состоянии, то электроны проводимости объединяются в единое макроскопически упорядоченное состояние, в котором они ведут себя уже как "коллектив"; на внешнее воздействие реагирует также весь "коллектив". Столкновения между электронами и решеткой становятся невозможными, и ток, однажды возникнув, будет существовать и в отсутствие внешнего источника тока (напряжения). Сверхпроводящее состояние возникает скачкообразно при температуре, которая называется температурой перехода. Выше этой температуры металл или полупроводник находится в нормальном состоянии, а ниже ее — в сверхпроводящем. В 1950г. Г.Фрелих высказал предположение, что электроны могут притягиваться друг к другу за счет взаимодействия с атомами решетки. Этот механизм притяжения называется электрон-фононным взаимодействием; он состоит в следующем. Электрон, движущийся в кристаллической решетке, как бы искажает ее. Это обусловлено взаимодействием между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными атомами решетки. Движущийся через решетку электрон "сближает" ее атомы. Второй электрон затем втягивается в "суженную область" под усиленным действием положительного заряда. Энергия первого электрона, затрачиваемая на "деформацию решетки", передается без потерь второму члену куперовской пары. Такая пара движется по решетке, обмениваясь энергией через атомы решетки, но не теряя при этом своей энергии в целом.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Реферат, Физика, 18 страниц
180 руб.
Реферат, Физика, 15 страниц
150 руб.
Реферат, Физика, 20 страниц
200 руб.
Реферат, Физика, 18 страниц
200 руб.
Реферат, Физика, 12 страниц
150 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg