Камерлинг-Онеса было открыто явления сверхпроводимости

Ti 0.4

Олово 3.7

Ртуть 4.1

Свинец 7.2

Особенности сверхпроводящего состояния

Сопротивление равно нулю. Будучи однажды возбужден электрический ток циркулирует в нем бесконечно долго

Металл в сверхпроводящем состоянии является идеальным диамагнетиком

Магнитное поле внутри сверхпроводника отсутствует

Ток в сверхпроводнике сосредоточен исключительно на его поверхности отсюда токоведущие цепи нужно изготавливать в виде тонких полых труб по которым течет охлаждающая жидкость

Несмотря на то, что магнитное поле внутри сверхпроводника отсутствует внешнее магнитное поле разрушает сверхпроводящие состояния проводника.Для каждого проводника есть свое минимальное значение индукции магнитного поля, которое выводит его из сверхпроводящего состояния. Чем ниже температура от критической, тем больше индукция магнитного поля выводящая проводник из сверхпроводящего состояния

Сверхпроводящее состояние проводников исключительно интересно для практического применения.В единых энергетических сетях нашей страны

теряется до 20 % вырабатываемой электроэнергии. Нетрудно представить себе эффект от замены линий электропередач сверхпроводниками. Объяснение сверхпроводящего состояния веществ было получено много позднее после разработки квантовой теории электропроводимости металлов. Атомы имеют строго определенные дискретные (квантовые) энергетические уровни. То есть электрон находящийся в атоме не может иметь значения энергии непрерывно изменяющиеся от 0 до 50 эв.

 

Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах.

1. Дифференциальная форма закона Ома для участка цепи:

 

Где - проводимость.

 

2. Закон Ома для замкнутой цепи:

ЭДС равна работе сторонних сил, на замкнутом контуре.

 

 

3. Закон Ома для неоднородного участка цепи:

 

 

4. Типы источников постоянного тока:

Гальванические элементы, генераторы, фотоэлементы,

термоэлементы, МГД - генератор.

 

5. Мощность и КПД источника тока:

Нельзя использовать источник тока в цепях с сопротивлением меньшим внутреннего сопротивления источника тока, т. к.

 

 

6. Батарея:

Все источники имеют одинаковое ЭДС и одинаковое внутреннее сопротивление r.

Последовательное включение источников:

Ток в цепи течёт от плюса к минусу. Источник включен в прямом направлении, если ток через него течёт от минуса к плюсу.

 

Закон Ома для батареи:

 

Если батареи подсоединены "не правильно" (k штук включены

включены навстречу):

Последовательно включают источники, чтобы получить большее значение ЭДС. В обратном направлении включать источник нецелесообразно, так как уменьшается ЭДС и вдобавок, при этом увеличивается и внутренние сопротивление батареи.

 

 

Параллельное соединение:

ЭДС батареи параллельно соединённых источников тока, равна ЭДС отдельного источника. Внутреннее сопротивление такой батареи в n раз меньше внутреннего сопротивления отдельного источника и от такой батареи можно получить ток больше, чем от отдельного источника.

 

 

 

 

Зонная теория проводимости

Классическая (электронная) теория проводимости очень просто получила закон Ома, закон Джоуля-Ленца, но бессильна в объяснении сверхпроводимости, поэтому возникло несоответствие экспериментальных данных с теорией и была разработана более общая теория – зонная теория проводимости.

 

Зонная теория кристаллов

 

 

Энергетическая схема одиночного атома лития

 

Кристалл.

В кристалле из N атомов за счет их взаимодействия квантовое состояние изолированного атома расщепляется на N квантовых состояний с разными, но близкими энергиями =>зона т.е. при сближении атомов они взаимодействуют друг с другом и их электронные подуровни расщепляются в зоны.

 

 

 

 

 

В сответствии с постулатами Бора, электрон в атоме может иметь только дискретные значения энергии.

При переходе с одного на другой энергетический уровень атом излучает фотоны определённой частоты. Каждый атом имеет свои частоты излученных и поглощённых фотонов, по которым их идентифицируют.

Проводники имеют кристаллическую решётку. При объединении изолированных атомов в кристаллическую структуру, происходят следующие события:

При сближении N штук атомов в одну кристаллическую структуру. За счёт их взаимодействия каждое квантовое энергетическое расстояние атома расщепляется на N новых состояний с разными, но близкими энергетическими уровнями, образуется энергетическая зона.

Для кристалла Li будет две зоны.

В общем виде совокупность атомов может иметь несколько полностью заполненных электрических зон по числу электронных оболочек у атома.

Самая верхняя из полностью заполненных зон называется валентной. Выше валентной зоны находится зона проводимости. Разделены эти зоны запрещёнными зонами. Ширина запрещённой зоны различна и достигает 1 эВ.

Проводимость электрического тока – это переход электрона из валентной зоны в зону проводимости или с одного энергетического подуровня на другой более высокий в самой зоне проводимости.

Если зона проводимости пуста, то это диэлектрик и чтобы он стал проводником нужно из валентной зоны электроны «перетащить» в зону проводимости. Тогда это вещество начнёт проводить электрический ток. У металлов зона проводимости заполнена частично, поэтому достаточно небольшой энергии , чтобы перевести электрон с одного энергетического подуровня на другой. Это тысячные, сотые доли эВ.

 

Валентная зона – самая «высоколежащая», из полностью заполненных электронами зон.

 

Зона проводимости – частично заполненная, расположеная над валентной.

 

Запрещенная зона – зона в которой отсутствуют заряженные частицы, квантовые состояние электронов запрещены.

 

	Зона проводимости

 

Уровень Ферми Е_F – максимальная энергия, которой может обладать электрон при абсолютном нуле.

Между диэлектриками и проводниками находятся полупроводники, которые имеют на внешнем электронном уровне имеют 3,4,5 электронов.

Полупроводники имеют узкую запрещённую зону между валентной и зоной проводимости. И передать электрону легче эту запрещённую зону.

Зонная теория не смогла объяснить сверхпроводимость.