Зависимост на проводника от температурата. Зависимостта на електрическото съпротивление на металите от температурата

>>Физика: Зависимост на съпротивлението на проводника от температурата

Различните вещества имат различно съпротивление (виж § 104). Съпротивлението зависи ли от състоянието на проводника? от температурата му? Отговорът трябва да дойде от опита.
Ако прекарате ток от батерията през стоманена намотка и след това започнете да я нагрявате в пламък на горелка, тогава амперметърът ще покаже намаляване на силата на тока. Това означава, че с промяната на температурата съпротивлението на проводника се променя.
Ако при температура 0°C съпротивлението на проводника е R0, и при температура Tто е равно на Р, тогава относителната промяна в съпротивлението, както показва опитът, е право пропорционална на промяната в температурата T:

Фактор на пропорционалност α Наречен температурен коефициент на съпротивление. Той характеризира зависимостта на съпротивлението на веществото от температурата. Температурният коефициент на съпротивление е числено равен на относителната промяна в съпротивлението на проводника при нагряване с 1 K. За всички метални проводници коефициентът α > 0 и леко се променя с температурата. Ако интервалът на промяна на температурата е малък, тогава температурният коефициент може да се счита за постоянен и равен на средната му стойност в този температурен диапазон. За чисти метали α ≈ 1/273 K -1. При електролитни разтвори съпротивлението не се увеличава с повишаване на температурата, а намалява. За тях α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0,02 K -1.
Когато проводникът се нагрява, неговите геометрични размери се променят леко. Съпротивлението на проводника се променя главно поради промени в неговото съпротивление. Можете да намерите зависимостта на това съпротивление от температурата, ако замените стойностите във формула (16.1)
. Изчисленията водят до следния резултат:

защото α се променя малко с промяна в температурата на проводника, тогава можем да приемем, че съпротивлението на проводника зависи линейно от температурата ( фиг.16.2).

Увеличаването на съпротивлението може да се обясни с факта, че с повишаване на температурата амплитудата на йонните трептения във възлите на кристалната решетка се увеличава, така че свободните електрони се сблъскват с тях по-често, губейки посоката си на движение. Въпреки че коеф α е доста малък, като се вземе предвид зависимостта на съпротивлението от температурата при изчисляване на нагревателните устройства е абсолютно необходимо. По този начин съпротивлението на волфрамовата нишка на лампа с нажежаема жичка се увеличава повече от 10 пъти, когато през нея преминава ток.
За някои сплави, като сплав от мед и никел (константан), температурният коефициент на съпротивление е много малък: α ≈ 10 -5 K -1 ; съпротивлението на константана е голямо: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Такива сплави се използват за производството на еталонни съпротивления и допълнителни съпротивления към измервателни уреди, т.е. в случаите, когато се изисква съпротивлението да не се променя забележимо при температурни колебания.
Използва се зависимостта на съпротивлението на металите от температурата съпротивителни термометри. Обикновено като основен работен елемент на такъв термометър се приема платинена жица, чиято зависимост от температурата е добре известна. Промените в температурата се оценяват по промяната в съпротивлението на проводника, което може да бъде измерено.
Такива термометри могат да измерват много ниски и много високи температури, когато конвенционалните течни термометри са неподходящи.
Съпротивлението на металите нараства линейно с повишаване на температурата. В електролитните разтвори той намалява с повишаване на температурата.

???
1. Кога електрическата крушка консумира повече енергия: веднага след запалването или след няколко минути?
2. Ако съпротивлението на бобината на електрическата печка не се променя с температурата, тогава нейната дължина при номинална мощност трябва да бъде по-голяма или по-малка?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Физика 10 клас

Съдържание на урока резюме на урокаопорна рамка презентация на уроци ускорителни методи интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашни дискусионни въпроси риторични въпроси от студенти Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки графики, таблици, схеми хумор, анекдоти, вицове, комикси притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии чипове за любознателни измамни листове учебници основни и допълнителни речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебника елементи на иновация в урока замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки на дискусионната програма Интегрирани уроци

Ако имате корекции или предложения за този урок,

Кинетичната енергия на атомите и йоните се увеличава, те започват да трептят по-силно около равновесните положения, електроните нямат достатъчно място за свободно движение.

2. Как съпротивлението на проводника зависи от неговата температура? В какви единици се измерва температурният коефициент на съпротивление?

Специфичното съпротивление на проводниците нараства линейно с повишаване на температурата според закона

3. Как може да се обясни линейната зависимост на съпротивлението на проводника от температурата?

Специфичното съпротивление на проводника зависи линейно от честотата на сблъсъци на електрони с атоми и йони на кристалната решетка и тази честота зависи от температурата.

4. Защо съпротивлението на полупроводниците намалява с повишаване на температурата?

С повишаване на температурата броят на свободните електрони се увеличава, а с увеличаване на броя на носителите на заряд съпротивлението на полупроводника намалява.

5. Опишете процеса на собствена проводимост в полупроводниците.

Атомът на полупроводника губи електрон и става положително зареден. В електронната обвивка се образува дупка - положителен заряд. Така присъщата проводимост на полупроводника се осъществява от два вида носители: електрони и дупки.

Съпротивлението, а оттам и съпротивлението на металите зависи от температурата, като нараства с нейното нарастване. Температурната зависимост на съпротивлението на проводника се обяснява с факта, че

1. интензитетът на разсейване (броят на сблъсъци) на носителите на заряд нараства с повишаване на температурата;

2. концентрацията им се променя при нагряване на проводника.

Опитът показва, че при не много високи и не много ниски температури, зависимостите на съпротивлението и съпротивлението на проводника от температурата се изразяват с формулите:

където ρ 0 , ρ t - специфични съпротивления на проводящото вещество, съответно при 0 ° C и T°C; Р 0 , Р t - съпротивление на проводника при 0 °С и T°С, α - температурен коефициент на съпротивление: измерен в SI в Келвин до минус първа мощност (K ​​-1). За метални проводници тези формули са приложими от температура от 140 К и по-висока.

Температурен коефициентСъпротивлението на веществото характеризира зависимостта на промяната на съпротивлението по време на нагряване от вида на веществото. Числено е равно на относителното изменение на съпротивлението (съпротивлението) на проводника при нагряване с 1 K.

hαi=1⋅ΔρρΔT,

където hαi е средната стойност на температурния коефициент на съпротивление в интервала Δ Τ .

За всички метални проводници α > 0 и леко се променя с температурата. За чисти метали α \u003d 1/273 K -1. В металите концентрацията на свободни носители на заряд (електрони) н= const и увеличение ρ възниква поради увеличаване на интензивността на разсейване на свободни електрони върху йоните на кристалната решетка.

За електролитни разтвори α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α \u003d -0,02 K -1. Съпротивлението на електролитите намалява с повишаване на температурата, тъй като увеличаването на броя на свободните йони поради дисоциацията на молекулите надвишава увеличаването на разсейването на йони по време на сблъсъци с молекули на разтворителя.

Формули за зависимост ρ и Рвърху температурата за електролити са подобни на горните формули за метални проводници. Трябва да се отбележи, че тази линейна зависимост се запазва само в малък температурен диапазон, в който α = конст. При големи интервали на промяна на температурата зависимостта на съпротивлението на електролитите от температурата става нелинейна.

Графично, зависимостите на съпротивлението на метални проводници и електролити от температурата са показани на фигури 1, а, б.

При много ниски температури, близки до абсолютната нула (-273 °C), съпротивлението на много метали рязко пада до нула. Това явление е наименувано свръхпроводимост. Металът преминава в състояние на свръхпроводимост.

Зависимостта на съпротивлението на металите от температурата се използва в съпротивителните термометри. Обикновено като термометрично тяло на такъв термометър се приема платинена жица, чиято зависимост на съпротивлението от температурата е достатъчно проучена.

Промените в температурата се оценяват по промяната в съпротивлението на проводника, което може да бъде измерено. Такива термометри могат да измерват много ниски и много високи температури, когато конвенционалните течни термометри са неподходящи.

Феноменът на свръхпроводимостта

СВЪРХПРОВОДИМОСТ- феноменът, който мнозина хим. елементи, съединения, сплави (наречени свръхпроводници), когато се охладят под определена стойност. (характерна за този материал) температура T sима преход от нормален към т.нар. свръхпроводящо състояние, в което техните електрич. DC съпротивление ток напълно липсва. При този преход структурните и оптическите (в областта на видимата светлина), свойствата на свръхпроводниците остават практически непроменени. Електрически и магн. свойствата на дадено вещество в свръхпроводящо състояние (фаза) се различават рязко от същите свойства в нормално състояние (където те са, като правило, метали) или от свойствата на други материали, които не преминават в свръхпроводящо състояние при същата температура.

Феноменът на S. е открит от G. Kamerlingh-Onnes (N. Kamerlingh-Onnes, 1911) при изследване на нискотемпературния ход на устойчивостта на живак. Той установи, че когато живачната жица се охлади под 4 K, нейното съпротивление скача до нула. Нормалното състояние може да бъде възстановено чрез пропускане на достатъчно силен ток през пробата [превишаване критичен ток I C (T)]или поставянето му в достатъчно силна вътр. магн. поле [превишаване критично магнитно поле H C (T)].

През 1933 г. F. W. Meissner и R. Ochsenfeld откриват друго важно свойство, характерно за свръхпроводниците (вж. Ефект на Майснер:) вътр. магн. поле по-малко от някои критични. стойност (в зависимост от вида на веществото) не прониква дълбоко в свръхпроводника, който има формата на безкраен твърд цилиндър, чиято ос е насочена по протежение на полето, и се различава от нула само в тънък повърхностен слой. Това откритие позволи на Ф. и Г. Лондон (F. London, H. London, 1935) да формулират феноменологични. теория, описваща магнитостатиката на свръхпроводниците (вж Лондонско уравнение), но природата на S. остава неясна.

Откриването на свръхфлуидността през 1938 г. и обяснението на това явление от Л. Д. Ландау въз основа на формулирания от него критерий (вижте теорията на Ландау за свръхфлуидността) за системи от бозе частици даде основание да се приеме, че свръхфлуидността може да се тълкува като свръхфлуидността на електрона течност, но естеството на Ферми на електроните и кулоновото отблъскване между тях не позволява просто прехвърляне на теорията за свръхфлуидността на S. През 1950 г. В. Л. Гинзбург и Ландау, въз основа на теорията за фазовите преходи от 2-ри вид (вж. теория на Ландау), формулира феноменологичен. ур-ция, описваща термодинамиката и е-магн. свойства на свръхпроводниците, близки до критичните. темп. T s. Изграждане на микроскопичен теория (виж по-долу) обосновава теорията на Гинзбург-Ландау и изяснява феноменологичните елементи, включени в нея. ур-ционна константа. Критична зависимост при отваряне. темп. T sпреходът към свръхпроводящо състояние на метала от неговия изотопен състав (изотопен ефект, 1950 г.) свидетелства за влиянието на кристалните. решетки на C. Това позволи на X. Frohlich (H. Frohlich) и J. Bardeen (J. Bardeen) да демонстрират възможността за възникване между електрони в присъствието на кристални. решетки на специфично привличане, което може да преобладава над тяхното кулоново отблъскване, а впоследствие и на Л. Купър (L. Cooper, 1956) - възможността за образуване на свързани състояния от електрони - двойки на Купър (ефект на Купър).

През 1957 г. J. Bardin, L. Cooper и J. Shrpffer (J. Schrieffer) формулират микроскопични. Теорията на С., която обяснява това явление въз основа на кондензацията на Бозе на двойки електрони на Купър и също така дава възможност да се опишат много други в рамките на прост модел (вижте модела на Бардийн - Купър - Шрифер, модел BCS) . свойства на свръхпроводниците.

Практичен използването на свръхпроводници беше ограничено от ниски критични стойности. полета (~1 kOe) и температура (~20 K). През 1952 г. А. А. Абрикосов и Н. Н. Заварицки въз основа на анализ на експерименти. критични данни. магн. полета на тънки свръхпроводящи филми показват възможността за съществуването на нов клас свръхпроводници (Л. В. Шубников се сблъсква с техните необичайни магнитни свойства през 1937 г., една от най-важните разлики от обикновените свръхпроводници е възможността за протичане на свръхпроводящ ток с непълна изместване на магнитното поле от обема на свръхпроводника в широк диапазон от магнитни полета). Това откритие допълнително определи разделянето на свръхпроводниците на свръхпроводници от първи вид и свръхпроводници от втори вид.Използването на свръхпроводници от втори вид впоследствие направи възможно създаването на свръхпроводящи системи с висока критичност. полета (от порядъка на стотици kOe).

Търсене на свръхпроводници с висока критичност. pace-rami стимулира изучаването на нови видове материали. Много са изследвани. са синтезирани класове свръхпроводящи системи, органични свръхпроводници и магнитни свръхпроводници, но до 1986 г. макс. критичен temp-pa се наблюдава за сплавта Nb 3 Ge ( T s 23 К). През 1986 г. Дж. Г. Беднорц и К. А. Мюлер откриват нов клас металооксидни високотемпературни свръхпроводници (HTSC) (виж Оксидни високотемпературни свръхпроводници), критичен. temp-pa to-rykh през следващите две години беше "повдигнат" от 30-35 K до 120-125 K. Тези свръхпроводници се изучават интензивно, търсят се нови и технологиите се подобряват. свойства на съществуващи, въз основа на които вече се създават определени устройства.

Важно постижение в областта на С. е откритието през 1962г ефект на Джоузефсънтунелиране на двойки на Купър между два свръхпроводника през тънък диелектрик. слой. Това явление формира основата на нова област на приложение на свръхпроводниците (виж реф. Слаба свръхпроводимост, криоелектронни устройства).

Природата свръхпроводимост. Феноменът на S. се дължи на появата на корелация между електроните, в резултат на което те образуват двойки Купър, които се подчиняват на статистиката на Бозе, и електронната течност придобива свойството на свръхфлуидност. При фононния модел на С. сдвояването на електрони възниква в резултат на специфичен, свързан с наличието на кристален. решетки за привличане на фонони. Дори и с абс. нулева температура, решетката осцилира (виж фиг. Нулеви вибрации, динамика на кристалната решетка). Ел - статичен. взаимодействието на електрон с йони на решетката променя природата на тези трептения, което води до появата на добавка. сила на привличане, действаща върху други електрони. Това привличане може да се разглежда като обмен на виртуални фонони между електрони. Това привличане свързва електрони в тесен слой близо до границата Ферми повърхности. Дебелината на този слой в енергетиката. мащабът се определя от макс. фононна енергия , където wDе честотата на Дебай, срещу- скорост на звука, o - константа на решетката (виж температура на Дебай ; ) в импулсното пространство това съответства на слой с дебелина , където v Fе скоростта на електроните близо до повърхността на Ферми. Съотношението на неопределеността дава характерния мащаб на областта на фононното взаимодействие в координатното пространство:
където Ме масата на основния йон, Tе масата на електрона. Величината cm, т.е. фононното привличане се оказва далечно (в сравнение с междуатомните разстояния). Кулоновото отблъскване на електрони обикновено донякъде надвишава фононното привличане по величина, но поради екраниране на междуатомни разстояния, то е ефективно отслабено и фононното привличане може да преобладава, комбинирайки електрони в двойки. Сравнително малката енергия на свързване на двойка Купър се оказва значително по-малка от кинетичната енергия на електроните, следователно, според квантовата механика, свързани състояния не трябва да са възникнали. В този случай обаче говорим за образуване на двойки не от свободни изолати. електрони в триизмерното пространство, но от квазичастици на Ферми течност с голяма запълнена Ферми повърхност. Това води до действително замяна на триизмерен проблем с едноизмерен, където свързаните състояния възникват при произволно слабо привличане.

В модела BCS се сдвояват електрони с противоположни моменти Ри - Р(общият импулс на двойката Купър е 0). Орбиталният импулс и общият спин на двойката също са равни на 0. Теоретично, за някои нефононни механизми на спин е възможно също сдвояване на електрони с ненулев орбитален импулс. Очевидно сдвояването в такова състояние се случва в свръхпроводници с тежки фермиони (напр. CeCu 2 Si 2 , CeCu 6 , UB 13 , CeA1 3 ).

В свръхпроводник при температура T < T sнякои от електроните, комбинирани в двойки Купър, образуват Бозе кондензат (виж Фиг. кондензация на Бозе-Айнщайн). Всички електрони в Бозе кондензата се описват от една кохерентна вълнова функция. Останалите електрони са във възбудени свръхкондензни състояния (квазичастици на Ферми) и тяхната енергия. спектърът се пренарежда в сравнение със спектъра на електроните в нормален метал. В изотропния BCS модел зависимостта на енергията на електрона e от импулса Рв свръхпроводник има формата ( p F - импулс на Ферми):

Ориз. Фиг. 1. Пренареждане на енергийния спектър на електроните в свръхпроводник (плътна линия) в сравнение с нормален метал (пунктирана линия).

Ориз. 2. Температурна зависимост на енергийната празнина в BCS модела.

Така близо до нивото на Ферми (фиг. 1) в спектъра (1) се появява енергийна празнина. За да се възбуди електронна система с такъв спектър, е необходимо да се скъса поне една куперова двойка. Тъй като в този случай се образуват два електрона, всеки от тях има енергия не по-малка от , така че енергията на свързване на двойката Купър има смисъл. Размерът на празнината значително зависи от температурата (фиг. 2), с тя се държи като Т = 0 достига макс. ценности и

където е плътността на едноелектронните състояния близо до повърхността на Ферми, ж- еф. константа на междуелектронно привличане.

В модела BCS се приема, че свързването между електроните е слабо и критично. temp-pa се оказва малка в сравнение с характерните фононни честоти . Въпреки това, за редица вещества (напр. Pb) това условие не е изпълнено и параметърът (силна връзка). Дори приближението се обсъжда в литературата. Свръхпроводниците със силна връзка между електроните се описват с т.нар. уравненията на Елиашберг (G. M. Eliashberg, 1968), от които става ясно, че стойността T sняма фундаментални ограничения.

Наличието на празнина в електронния спектър води до експоненциална. зависимости в областта на ниските температури на всички величини, определени от броя на тези електрони (например електронен топлинен капацитет и топлопроводимост, коефициенти на звукопоглъщане и ниска честота ел-магн. радиация).

Далеч от ниво на Фермиизраз (1) описва енерг. електронният спектър на нормален метал, т.е. ефектът на сдвояване засяга електрони с импулси в област с ширина . Пространственият мащаб на корелацията на Купър ("размерът" на двойката). Корелационната дължина е cm (долната граница се реализира от HTSC), но обикновено много надвишава периода на кристала. решетки.

Ал-динамичен свойствата на свръхпроводниците зависят от връзката между стандартната корелация. дължина и характерна дебелина на повърхностния слой, при което големината на е-магн. полета където n sе концентрацията на свръхпроводящи (сдвоени) електрони, де зарядът на електрона. Ако (такъв регион винаги съществува в близост T s, тъй като при ), тогава двойките на Купър могат да се разглеждат като двойки точки, така че el-динамиката на свръхпроводника е локална и свръхпроводящият ток се определя от стойността на векторния потенциал НОв разглежданата точка на свръхпроводника (уравнение на Лондон). При се появяват кохерентните свойства на кондензата на двойките на Купър, el-динамиката става нелокална - токът в дадена точка се определя от стойностите НОв цяла област с размер ( Уравнение на ПипардТова обикновено е ситуацията в масивните чисти свръхпроводници (на достатъчно разстояние от повърхността им).

Преходът на метал от нормално към свръхпроводящо състояние при липса на магнитно поле. полето е фазов преход от втори ред. Този преход се характеризира със сложен скаларен параметър на реда - вълновата функция на бозе-кондензата на двойки Купър, където r- пространствена координата. В модела BCS [за T = T s , и когато Т =О]. Фазата на вълновата функция също е от съществено значение: свръхпроводящата плътност на тока j s се определя чрез градиента на тази фаза:

където знакът * означава сложно спрежение. Стойността на плътността на тока j s също изчезва, когато T = T s. Фазовият преход нормален метал - свръхпроводник може да се разглежда като резултат от спонтанно нарушаване на симетрията по отношение на групата симетрияU(l) калибровъчни трансформации на вълновата функция . Физически това отговаря на нарушението по-долу T sзапазване на броя на електроните във връзка с тяхното сдвояване и се изразява математически чрез появата на ненулево cf. стойности на параметрите на поръчката

Пропастта в енергията. спектърът на електроните не винаги съвпада с модула на параметъра на реда (какъвто е случаят в модела BCS) и обикновено не е необходимо условие за C. Например, когато парамагнетик се въвежда в свръхпроводник. примеси в определен диапазон от техните концентрации, могат да се реализират S. без пролуки (виж по-долу). Особена картина на S. в двумерни системи, където термодинамични. флуктуациите във фазата на параметъра на поръчката разрушават реда на дълги разстояния (виж Фиг. теорема на Мермин-Вагнер), и все пак С. се провежда. Оказва се, че необходимо условие за съществуването на свръхпроводящ ток j s дори не е наличието на далечен ред (крайна средна стойност на параметъра на реда), а по-слабо условие за степенното намаляване на корелацията функция

топлинни свойства. Топлинният капацитет на свръхпроводника (както и на нормалния метал) се състои от електрон Cesи решетка Cpsкомпонент. Индекс s се отнася до свръхпроводящата фаза, П- до нормалното д- към електронния компонент, Р- към решетката.

По време на прехода към свръхпроводящо състояние решетъчната част на топлинния капацитет почти не се променя, докато електронната част се увеличава рязко. В рамките на теорията на BCS за изотропен спектър

Когато стойност Cesнамалява експоненциално (фиг. 3) и топлинният капацитет на свръхпроводника се определя от неговата решетъчна част Cps ~ Т 3. Характерна експоненциална зависимост Cesпозволява директно измерване. Липсата на тази зависимост показва, че в определени точки на повърхността на Ферми енергията разликата отива до нула. По всяка вероятност последното се дължи на нефононния механизъм на привличане на електрони (например в системи с тежки фермиони, където при ниски температури за UB 13 и за CeCuSi 2).

Ориз. 3. Скок на топлинния капацитет при преминаване към свръхпроводящо състояние.

Топлопроводимостта на метала по време на прехода към свръхпроводящо състояние не изпитва скок, т.е. . Зависимостта се причинява от редица фактори. От една страна, самите електрони допринасят за топлопроводимостта, която намалява с понижаване на температурата и образуването на двойки Купър. От друга страна, фононният принос m ps започва да се увеличава донякъде, тъй като средният свободен път на фононите се увеличава с намаляване на броя на електроните (електроните, комбинирани в двойки на Купър, не разпръскват фонони и сами не пренасят топлина). По този начин, , докато . В чисти метали, къде по-високи T sпреобладава електронната част на топлопроводимостта, тя остава решаваща дори при прехода към свръхпроводящо състояние; в резултат на това при всички температури под T s. В сплавите, напротив, топлопроводимостта се определя главно от нейната фононна част и при преминаване започва да се увеличава поради намаляване на броя на несдвоените електрони.

Магнитни свойства. Поради възможността за протичане на недисипативни свръхпроводящи токове в свръхпроводника, той, когато се определи. експерименталните условия проявява ефекта на Майснер, т.е. се държи в присъствието на не твърде силна външна. магн. полета като идеален диамагнетик (магнитна чувствителност). И така, за проба с формата на дълъг плътен цилиндър в хомогенна екст. магн. поле зприложено по оста му, намагнитването на пробата . Екструзия вътр. магн. поле от обема на свръхпроводника води до намаляване на неговата свободна енергия. В този случай екраниращите свръхпроводящи токове протичат в тънък повърхностен слой см. Тази стойност също характеризира дълбочината на проникване на външния. магн. полета в извадката.

Според поведението си в достатъчно силни полета свръхпроводящите материали се делят на две групи: свръхпроводници от 1-ви и 2-ри род (фиг. 4). Начало частта от кривите на намагнитване (където ) съответства на пълния ефект на Майснер. По-нататъшният ход на кривите за свръхпроводници от 1-ви и 2-ри род се различава значително.

Ориз. 4. Зависимост на намагнитването от външното магнитно поле за свръхпроводници от 1-ви и 2-ри род.

Свръхпроводниците от 1-ви вид рязко губят S. (фазов преход от 1-ви вид): или при достигане на критичната стойност, съответстваща на даденото поле. темп. T C (N), или с увеличение на вътр. полета до критични стойности H C (Т)(термодинамично критично поле). В точката на фазовия преход, възникващ в магнитната. поле, в енерг. В спектъра на свръхпроводник тип 1 веднага се появява празнина с краен размер. Критичен поле H C (Т) определя разликата между ударите. свръхпроводник със свободна енергия F sи нормално F pфази:

Скрит ud. топлина на фазов преход

където S nи S s- ud. ентропии на съответните фази. Beat скок топлинен капацитет при T = T с

При липса на външни магн. полета при T = T sвеличина Q=О, това означава, че се получава преход от 2-ри вид.

Според модела BCS, термодинамичен критичен полето е свързано с критично. съотношение температура-рояк

и нейната температурна зависимост в граничните случаи на високи и ниски температури има формата:

Ориз. 5. Температурна зависимост на термодинамичното критично магнитно поле Hc.

И двете граници f-ly са близки до емпиричните. отношение , което описва добре типичните експерименти. данни (фиг. 5). В случай на нецилиндрични геометрия на опит при превишаване на вътр. магн. дефинирано поле количества H 0 = (1 - N)H C (N - фактор на размагнитване) свръхпроводник тип 1 преминава в междинно състояние : пробата се разделя на слоеве от нормална и свръхпроводяща фаза, чието съотношение между обемите зависи от стойността з. Преходът на пробата към нормалното състояние става постепенно, чрез увеличаване на дела на съответната фаза.

Междинно състояние може да възникне и когато през свръхпроводник протича ток, който надвишава определена критична стойност. значение аз с, съответстваща на създаването на критична повърхност на пробата. магн. полета N s.

Образуването на междинно състояние в свръхпроводник тип 1 и редуването на слоеве от свръхпроводяща и нормална фази с краен размер се оказват възможни само при предположението, че границата между тези фази има положителна повърхностна енергия. Големината и знакът зависят от връзката между

Отношението т.нар параметър Гинзбург - Ландау и играе важна роля във феноменологичното. теория С. Знакът (или стойността на x) позволява стриктно определяне на вида на свръхпроводника: за свръхпроводник от 1-ви вид и; за тип 2 свръхпроводник и тип 2 свръхпроводници включват чист Nb, повечето свръхпроводящи сплави, органични и високотемпературни свръхпроводници.

Следователно за свръхпроводници от тип 2 е невъзможен фазов преход от тип 1 към нормално състояние. Междинното състояние не се реализира, тъй като повърхността на фазовите граници би имала отрицателна стойност. енергия и вече няма да играе ролята на фактор, ограничаващ безкрайната фрагментация. За достатъчно слаби полета и в свръхпроводници от тип 2 има ефект на Менснер. При достигане на долната критичен полета H C1(в случая ), което се оказва по-малко от формално изчисленото в този случай H Sстава енергийно благоприятно проникването на магнет. полета в свръхпроводник под формата на единични вихри (вижте Квантувани вихри), съдържащи по един квант на магнитния поток. Свръхпроводник от 2-ри род преминава в смесено състояние.

Много метали, например, като мед, алуминий, сребро, имат свойството да провеждат електрически ток поради наличието на свободни електрони в тяхната структура. Освен това металите имат известна устойчивост на ток и всеки има своя собствена. Съпротивлението на метала силно зависи от неговата температура.

Можете да разберете как съпротивлението на метал зависи от температурата, ако увеличите температурата на проводника, например, в областта от 0 до t2 ° C. С повишаване на температурата на проводника, неговото съпротивление също се увеличава. Освен това тази зависимост е почти линейна.

От физическа гледна точка увеличаването на съпротивлението с повишаване на температурата може да се обясни с увеличаване на амплитудата на вибрациите на възлите на кристалната решетка, което от своя страна затруднява преминаването на електроните, тоест съпротивлението на електрическият ток се увеличава.

Като погледнете графиката, можете да видите, че при t1 металът има много по-ниско съпротивление, отколкото например при t2. При по-нататъшно понижаване на температурата можете да стигнете до точката t0, където съпротивлението на проводника ще бъде практически равно на нула. Разбира се, съпротивлението му не може да бъде равно на нула, а само клони към него. В този момент проводникът става свръхпроводник. Свръхпроводниците се използват в силни магнити като намотки. На практика тази точка се намира много по-далеч, в областта на абсолютната нула, и е невъзможно да се определи от тази графика.

За тази графика можете да напишете уравнението

Използвайки това уравнение, можете да намерите съпротивлението на проводник при всяка температура. Тук се нуждаем от точката t0, получена по-рано на графиката. Познавайки температурната стойност в тази точка за конкретен материал и температурите t1 и t2, можем да намерим съпротивлението.

Промяната на съпротивлението с температура се използва във всяка електрическа машина, където не е възможен директен достъп до намотката. Например при асинхронен двигател е достатъчно да се знае съпротивлението на статора в началния момент и в момента, когато двигателят работи. Чрез прости изчисления можете да определите температурата на двигателя, което се извършва автоматично в производството.

Всяко вещество има собствено съпротивление. Освен това съпротивлението ще зависи от температурата на проводника. Ще проверим това, като проведем следния експеримент.

Нека прокараме ток през стоманена спирала. Във верига със спирала свързваме последователно амперметър. Ще покаже някаква стойност. Сега ще загреем спиралата в пламъка на газова горелка. Стойността на тока, който амперметърът ще покаже, ще намалее. Тоест силата на тока ще зависи от температурата на проводника.

Промяна в съпротивлението с температура

Нека при температура от 0 градуса съпротивлението на проводника е R0, а при температура t съпротивлението е R, тогава относителната промяна в съпротивлението ще бъде право пропорционална на промяната в температурата t:

• (R-R0)/R=a*t.

В тази формула a е коефициентът на пропорционалност, който също се нарича температурен коефициент. Той характеризира зависимостта на съпротивлението, което веществото притежава от температурата.

Температурен коефициент на съпротивлениечислено равно на относителното изменение на съпротивлението на проводника при нагряване с 1 Келвин.

За всички метали температурен коефициент Над нулата.При температурни промени ще се промени леко. Следователно, ако температурната промяна е малка, тогава температурният коефициент може да се счита за постоянен и равен на средната стойност от този температурен диапазон.

Разтвори на електролити с повишаване на температурата съпротивлението намалява. Тоест за тях температурният коефициент ще бъде по-малко от нула.

Съпротивлението на проводника зависи от съпротивлението на проводника и от размерите на проводника. Тъй като размерите на проводника се променят леко при нагряване, основният компонент на промяната в съпротивлението на проводника е съпротивлението.

Зависимост на съпротивлението на проводника от температурата

Нека се опитаме да намерим зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата.

Заместете във формулата, получена по-горе, стойностите на съпротивлението R=p*l/S R0=p0*l/S.

Получаваме следната формула:

• p=p0(1+a*t).

Тази зависимост е показана на следващата фигура.

Нека се опитаме да разберем защо съпротивлението се увеличава

Когато повишаваме температурата, амплитудата на йонните трептения във възлите на кристалната решетка се увеличава. Следователно свободните електрони ще се сблъскват с тях по-често. При сблъсък те ще загубят посоката на движението си. Следователно токът ще намалее.