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
Лион Измайлов. Без шуток Лион Измайлов. Без шуток

Лион Измайлов о диссертации, раннем браке и дружбе с Михаилом Задорновым

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

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Икра Икра

Объемы потребления деликатеса вернулись на докризисный уровень

Bones
В ритме танго В ритме танго

Столица Аргентины – энергичный современный мегаполис с богатой историей

АвтоМир
«Ты попал, чувак»: Пугачева спасла Кузьмина после предательства жены-американки «Ты попал, чувак»: Пугачева спасла Кузьмина после предательства жены-американки

Как Алла Пугачева помогала экс-возлюбленному справиться со сложными временами

Cosmopolitan
Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim
Как понять, хорошо ли вам дома? Как понять, хорошо ли вам дома?

Вы чувствуете себя в безопасности, возвращаясь домой?

Psychologies
Одна вокруг света: отпустите меня в Гималаи, и я останусь там навсегда Одна вокруг света: отпустите меня в Гималаи, и я останусь там навсегда

77-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко

Forbes
Мудборд: фильмы Вонга Карвая как колористическое вдохновение для гардероба Мудборд: фильмы Вонга Карвая как колористическое вдохновение для гардероба

Киноязык гонконгского режиссера Вонга Карвая узнается на раз

Esquire
Scientific American (США): космический полет, устремленный к звездам — и растянутый на несколько поколений Scientific American (США): космический полет, устремленный к звездам — и растянутый на несколько поколений

Этот проект может стать нашим первым целенаправленным шагом из Солнечной системы

ИноСМИ
Что за ракурс? Звездные пары, где девушка выше парня, но скрывает это Что за ракурс? Звездные пары, где девушка выше парня, но скрывает это

Звезды, которые выбирают особые ракурсы для фотографий из-за своего роста

Cosmopolitan
Александр Молочников: «Я ужасно хаотичный человек» Александр Молочников: «Я ужасно хаотичный человек»

Александр Молочников – о съемках на карантине и бегстве в Аризону от депрессии

Cosmopolitan
Переходы состояний активности мозга связали с появлением новых мыслей Переходы состояний активности мозга связали с появлением новых мыслей

Нейробиологи посчитали, что в день у человека сменяется более шести тысяч мслей

N+1
Нежелезный человек: какие продукты и хитрости помогут избежать анемии Нежелезный человек: какие продукты и хитрости помогут избежать анемии

Чем питаться и как готовить пищу, чтобы не допускать нехватки железа

Psychologies
Страшная авария и сухой лед: самые жуткие трагедии популярных блогеров Страшная авария и сухой лед: самые жуткие трагедии популярных блогеров

Трагедию каждого из этих блогеров аудитория воспринимала как личную драму

Cosmopolitan
Цианистый калий: что это такое и как работает Цианистый калий: что это такое и как работает

Цианиды, то есть синильная кислота и ее соли, – далеко не самые сильные яды

Популярная механика
Марсианские хроники: почему марсоход NASA «Персеверанс» может совершить революцию в исследовании космоса (даже если не найдет на Марсе жизнь) Марсианские хроники: почему марсоход NASA «Персеверанс» может совершить революцию в исследовании космоса (даже если не найдет на Марсе жизнь)

Планетоход «Персеверанс» — самый продвинутый из всех аппаратов такого рода

Esquire
Времена почище Времена почище

Из самоизоляции актер и шоумен Михаил Башкатов вышел победителем

OK!
«Русские женщины потрясающе выглядят в шляпах». Как дизайнер Филип Трейси украсил головы всей британской знати «Русские женщины потрясающе выглядят в шляпах». Как дизайнер Филип Трейси украсил головы всей британской знати

Как превратить шляпу из аксессуара пожилых людей в must have аристократии?

Forbes
Китай запустил свой первый марсоход Китай запустил свой первый марсоход

Он прибудет к планете в феврале следующего года, а сядет в апреле

N+1
Доживем до 2030: какие пункты «июльского указа» Путина могут быть выполнены в реальности Доживем до 2030: какие пункты «июльского указа» Путина могут быть выполнены в реальности

Недостижимые цели в «Национальных целях России до 2030 года»

Forbes
Ученые проследили за бездействующими коровами Ученые проследили за бездействующими коровами

Бездействие — признак того, что животное скучает или находится в депрессии

N+1
Ключ от гробницы Ключ от гробницы

Как мы учимся лечить болезнь Стивена Хокинга

N+1
Меркатор: человек, который изобрел современную карту Меркатор: человек, который изобрел современную карту

Карты в проекции Меркатора остаются популярными среди мореплавателей и авиаторов

Популярная механика
Правила жизни Сильвестра Сталлоне Правила жизни Сильвестра Сталлоне

Правила жизни кумира молодежи 90-х Сильвестра Сталлоне

Esquire
10 неожиданных фактов о галлюцинациях 10 неожиданных фактов о галлюцинациях

Что может вызвать у вас галлюцинации и как к этому относятся в разных культурах

Популярная механика
Корреляция перемещений помогла оценить талант футболистов Корреляция перемещений помогла оценить талант футболистов

Они сравнили корреляции движений игроков во время матча

N+1
Глубоководные удильщики отказались от приобретенного иммунитета ради партнера Глубоководные удильщики отказались от приобретенного иммунитета ради партнера

У глубоководных удильщиков карликовые самцы прикрепляются к самкам

N+1
Правила жизни Джима Моррисона Правила жизни Джима Моррисона

Музыкант, умер в 1971 году в возрасте 27 лет

Esquire
Открыть в приложении