Эдс –физическая величина, равная работе сторонних сил по разделению заряда внутри источника к величине этого заряда.

ЭДС – физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутому контуру.

 

Е_ст. = , где Е_ст –напряженность поля сторонних сил, F –сторонняя сила

А = - общая работа электрического поля на неоднородном участке цепи.

Величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и силами при перемещении единичного и стороннего заряда, называется падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи.

 

 

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным, а участок, на котором на носители тока действуют сторонние силы – неоднородным.

 

Закон Ома

 

Сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения на проводнике:

└1.Для однородного участка цепи.

,

R –электрическое сопротивление проводника Ом.,

ρ- удельное электрическое сопротивление, которое измеряется в Ом метр..

Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан.

В случае однородного проводника напряжение совпадает по величине с разностью потенциалов.

Найдем связь между Е и j в одной и той же точке проводника. В изотропном проводнике упорядоченное движение носителей тока происходит в направлении вектора Е. Направления векторов Е и j совпадают.

 

 

 

 

ĵ

 

 

удельная электрическая проводимость

[λ]=См

 

-

Дифференциальная форма закона Ома

 

-

для неоднородного участка цепи.

 

2) - неоднородный

3) - замкнутая цепь

 

Температурная зависимость сопротивления

ρ = ρ₀(1+αt) R = R₀(1+αt)= R₀αТ

 

- температурный коэффициент сопротивления, для металлов примерно одинаков 1/273,15- одинаковая природа сопротивления

 

В 1911 г. Камерлинг-Оннес обнаружил впервые явление сверхпроводимости сверхпроводимость для ртути. Оно заключалось в том, что у большой группы металлов и сплавов при температуре порядка нескольких кельвинов сопротивление скачков обращается в нуль. Для каждого сверхпроводника имеется своя критическая температура, при которой он переходит в сверхпроводящее состояние. При действии на сверхпроводник магнитного поля сверхпроводящее состояние нарушается.

Зависимость электрического сопротивления от температуры положена в основу термометров сопротивления.

Детлаф- Яворский 595

Сверхпроводимость

 

1. Т=0,7К – испарение жидкого гелия при пониженном давлении

Т=0,003К – адиабатное размагничивание парамагнитных солей

2. Открытие явления 1911 Камерлинг – Оннес – Голландия

3.

4.

 

ρ_сверх~10 ^-21 Ом*м

ρ_меди~10 ^-7 Ом*м

 

5. Свойства:

5.1. Коллективный эффект

5.2. Не чистые химические элементы, а их сплавы и соединения

1986 г. Мюллер и Беднорц из Голландии

Керамика: лантан – барий – медь – кислород. – 30 к.

1987 г. Япония + США: лантан – стронций – медь – кислород. –50 к.

СССР Головашкин А. физический институт АН СССР

Керамика на основе атрия – 102 к.

 

5.3. Эффект Майснера – магнитное поле не проникает внутрь проводника.

С Т→0 магнитное поле выталкивается из проводника и В внутри сверхпроводника становится В=0.

5.4. В=0 внутри, а вот на поверхности есть слой где . ∆h – глубина проникновения магнитного поля – толщина слоя - ∆h ~ сотен ангетрем 100*10^-10=10^{-8 м}

5.5. С ростом сверхпроводящее состояние разрушается Т=Т_кр.

6. 1950 г. Изотонический эффект

Т_кр. = const M – массовое число изотопа

→ явление связано со строением решетки

ω~

7. БКШ 1957 г. Дж. Бардин, Л. Купер и Дж. Шиффер + Н.Н. Боголюбов развил – квантовая механистическая теория сверхпроводимости

ε<0 то

Применение сверхпроводимости

 

1. Получение сильных магнитных полей

А.А. Абрикосов – сверхпроводники II рода –

сплавы – тонкие сверхпроводящие между

сверхпроводящие соленоиды на космических станциях - радиационная защита

2. ВМ

Двоичная система – пребывание вещества в сверхпроводящем и обычном состоянии и быстрота перехода под действием изменения Т или магнитного поля - криотроны – скорость пересечения 2 нс.

3. Механическое отталкивание – магнитное поле не проникает внутрь – подвесы в гироскопах, ротор в электродвигателях (2000 об/мин)

Ограниченность классической электронной теории проводимости.

Открытие сверхпроводимости.

Сопротивление некоторых металлов (Al, Pb, Zn и др.) и их сплавов при низких температурах T (0,14¸20 К), называемых критическими, характерных для каждого вещества, скачкообразно уменьшается до нуля, т.е. металл становится абсолютным проводником. Впервые это явление, называемое сверхпроводимостью, обнаружено в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом для ртути. Было обнаружено, что при Т = 4,2 К ртуть, по-видимому, полностью теряет сопротивление электрическому току. Уменьшение сопротивления происходит очень резко в интервале нескольких сотых градуса. В дальнейшем потеря сопротивления наблюдалась и у других чистых веществ и у многих сплавов. Температуры перехода в сверхпроводящее состояние различны, но всегда очень низки.

Возбудив электрический ток в кольце из сверхпроводящего материала (например, с помощью электромагнитной индукции), можно наблюдать, что его сила в течение нескольких лет не уменьшается. Это позволяет найти верхний предел удельного сопротивления сверхпроводников (менее 10^-25 Ом×м), что гораздо меньше, чем удельное сопротивление меди при низкой температуре (~10^-12 Ом× м). Поэтому принимается, что электрическое сопротивление сверхпроводников равно нулю. Сопротивление до перехода в сверхпроводящее состояние бывает самым различным. Многие из сверхпроводников при комнатной температуре имеют довольно высокое сопротивление. Переход в сверхпроводящее состояние совершается всегда очень резко. У чистых монокристаллов он занимает интервал температур меньший, чем одна тысячная градуса.

Сверхпроводимостью среди чистых веществ обладают алюминий, кадмий, цинк, индий, галлий. В процессе исследований оказалось, что структура кристаллической решетки, однородность и чистота материала оказывают значительное влияние на характер перехода в сверхпроводящее состояние.

В 1914 г. К. Оннес обнаружил, что сверхпроводящее состояние разрушается магнитным полем, когда магнитная индукция B превосходит некоторое критическое значение. Критическое значение индукции зависит от материала сверхпроводника и температуры. Критическое поле, разрушающее сверхпроводимость, может быть создано и самим сверхпроводящим током. Поэтому имеется критическая сила тока, при которой сверхпроводимость разрушается.

В 1933 г. Мейсснер и Оксенфельд обнаружили, что внутри сверхпроводящего тела полностью отсутствует магнитное поле. При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объема. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении удельного сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объеме должна сохраняться без изменения. Явление вытеснения магнитного поля из объема проводника называется эффектом Мейсснера. Эффект Мейсснера и отсутствие электрического сопротивления являются важнейшими свойствами сверхпроводника.