Навигация
6. Сверхтекучесть.
В 1945 году известный советский математик и физик-теоретик Н. Н. Боголюбов, разработавший более совершенный метод решения проблем статистической физики, привел уравнения состояния реальных газов в виду: p=(NkT/V)(1=NB1(T)/V+N2B2/V2+N3B3/V3+…..), где B – функции температуры, называемые вириальными коэффициентами, которые определяются по законам взаимодействия молекул. при низких температурах становится возможным наблюдать микроскопические квантовые явления – сверхпроводимость и сверхтекучесть. Сверхтекучесть – это свойство квантовых жидкостей – течь без трения. Впервые обнаружено в 1938 году советским ученым П.Л.Капицей в жидком гелии. При температурах ниже 2,17 К вязкость гелия обращается в ноль, и он свободно протекает через очень узкие капилляры. Теоретическое объяснение явления сверхтекучести было дано в 1941 году советским ученым Л.Д.Ландау (Ландау Лев Давидович (1908 - 1968), российский физик-теоретик, основатель научной школы, академик АН СССР (1946), Герой Социалистического Труда (1954)). Труды во многих областях физики: магнетизм; сверхтекучесть и сверхпроводимость; физика твердого тела, атомного ядра и элементарных частиц, физика плазмы; квантовая электродинамика; астрофизика и др.
Автор классического курса теоретической физики (совместно с Е. М. Лифшицем). Ленинская премия (1962), Государственная премия СССР (1946, 1949, 1953), Нобелевская премия (1962). По теории Ландау, необычность гелия состоит в следующем: жидкий гелий существует в двух формах. В области температур от 4,2 до 2,18 К (так называемая l- точка) он ведёт себя как классическая жидкость – это гелий. Ниже l- точки он состоит, как бы из двух жидкостей одна ведёт себя как гелий-1, другая проявляет свойства сверхтекучести – проводит тепло без потерь, то есть. Её теплопроводность равна бесконечности. Не оказывает сопротивления течению, или имеет нулевую вязкость, - это гелий-2. В l- точке происходит фазовый переход между состояниями гелия. Относительное количество каждой из компонент гелия зависит от температуры, причем его можно определить измерением силы, действующей на предмет, движущийся в жидкости. Опыты показывают, что при температуре ниже 1К практически весь гелий, находящийся в сверхтекучем состоянии. Атомы жидкого гелия образуют единую квантовую систему, энергию и импульс которой можно изменить только сразу на конечную величину, скачком. Поэтому до определенной скорости жидкий гелий течёт без трения, не замечая препятствий, - обладает свойством сверхтекучести. Сверхтекучесть является коллективным эффектом. Атомы гелия имеют целый (нулевой) спин и поэтому скапливаются в одинаковых состояниях. В результате квантовые свойства каждой частицы усиливаются. Спин. Элементарные частицы – это маленькие вращающиеся волчки. Они характеризуются моментом количества движения, или, кратко, угловым моментом. Согласно квантовой механике, угловой момент системы может принимать не любые значения: его скачки равняются постоянной Планке ħ (1,054*10-34*Дж*с), угловой момент элементарных частиц естественно измерять в единицах Планке. Момент, измеренный в таких единицах, называется спином. Спин гелия-4 атома гелия равен нулю, является бозоном, подчиняется статистике Бозе-Энштейна и поэтому не подчиняется запрету Паули (Согласно принципу Паули: в каждом квантовом состоянии может находиться только один электрон.), а изотоп гелия гелий-3, являющийся фермионом, подчиняется запрету Паули и не дает явления сверхтекучести. При понижении температуры гелия энергия его атомов, естественно, уменьшается. При какой-то очень низкой температуре все они окажутся в самом низком энергетическом состоянии, поскольку запрет Паули для них не применим. И будут иметь одинаковые волновые функции. Атомы сверхтекучего гелия ведут себя согласованно, как единое целое. Беспорядка в этой системе нет, энтропия равна нулю.
7. Сверхпроводимость.
Сверхпроводимость – весьма необычный феномен, отличающийся от всего того, к чему мы привыкли. Буквально это явление из иного мира. Мы живем в классическом мире, а сверхпроводимость явление квантовое, но в макроскопических масштабах. Например, волновые функции в квантовой механике вводят искусственно, а в сверхпроводимости они выступают естественным образом как измеримые величины.
7.1 Открытие сверхпроводимости.
| свойства сверхпроводников | применение | ||
| Создание магнитного поля | Передача электроэнергии | Обработка информации | |
| Нулевое электрическое сопротивление | + | + | + |
| Большие передаваемые токи | + | + | - |
| Большое магнитное поле | + | - | - |
| Фазовый переход | - | - | + |
| Квантовые эффекты | - | - | + |
Сверхпроводимость наблюдалась впервые при охлаждении ртути в 1911 году голландским ученым Гейке Каммерлинг-Оннесом. Исследования в области низких температур, первоначально имевшие чисто практическую направленность, при температуре 7,2 K сопротивление свинцового проводника внезапно снизилось в миллионы раз и практически исчезло.
Это странное явление получило название сверхпроводимости. Явление сверхпроводимости можно понять и обосновать только с помощью квантовых представлений. Почти полвека сущность этого явления оставалась нерасшифрованной, из-за того, что методы квантовой механики еще не в полной мере использовались в физике твердого тела.
В одном из экспериментов в сделанном из чистого свинца кольце был наведен ток в несколько сотен ампер. Через год оказалось, что ток все еще продолжает идти в кольце, и величина его не изменилась, то есть сопротивление свинца было равно нулю! За открытие сверхпроводимости Камерлинг-Оннес был удостоен лауреата Нобелевской премии.
Похожие работы
... равны удельным значениям энтропии, взятой с обратным знаком, и объеме: (4.30) Если в точках, удовлетворяющих фазовому равновесию: , первые производные химического потенциала для разных фаз испытывают разрыв: , (4.31) говорят, что термодинамическая система испытывает фазовый переход I-го рода. Для фазовых переходов первого рода характерно наличие срытой теплоты фазового перехода, ...
... от переподъемов, нулевую и максимальную защиты. - предусматривать остановку сосудов в промежуточных точках ствола. световую сигнализацию о режимах работы подъемной установки в здании подъемной машины, у оператора загрузочного устройства, у диспетчера. Современные регулируемые электроприводы постоянного тока для автоматизированных подъемных установок выполняют на основе двигателей постоянного ...
... = 44,5 см, c = 12 см, а=20 см, l=8 см. Силовое действие магнитной системы оценивалось по величине равной произведению модуля поля Н на его градиент. Было получено, что распределение модуля поля Н рассматриваемой нами магнитной системы характеризуется ярко выраженной угловой зависимостью. Поэтому расчет модуля поля Н проводился с шагом в 1° для точек, расположенных на двух разных дугах для всего ...
... системы состоит в получении ее “фазового портрета” (Волькенштейн, 1978). Он дает возможность выявить стационарные состояния системы и характер ее динамики при отклонении от них. Метод фазовых портретов применяется в технике для анализа и предсказания поведения физических систем различной сложности и в математической экологии для анализа динамики численности популяций (Волькенштейн, 1978; Свирежев ...
0 комментариев