Ovisnost vodiča o temperaturi. Ovisnost električnog otpora metala o temperaturi

>>Fizika: Ovisnost otpora vodiča o temperaturi

Različite tvari imaju različite otpore (vidi § 104). Ovisi li otpor o stanju vodiča? od njegove temperature? Odgovor mora proizaći iz iskustva.
Ako struju iz baterije propustite kroz čeličnu zavojnicu, a zatim je počnete zagrijavati u plamenu plamenika, tada će ampermetar pokazati smanjenje jakosti struje. To znači da se s promjenom temperature mijenja i otpor vodiča.
Ako je pri temperaturi od 0°C otpor vodiča R0, i na temperaturi t jednako je R, tada je relativna promjena otpora, kako pokazuje iskustvo, izravno proporcionalna promjeni temperature t:

Faktor proporcionalnosti α nazvao temperaturni koeficijent otpora. Karakterizira ovisnost otpora tvari o temperaturi. Temperaturni koeficijent otpora brojčano je jednak relativnoj promjeni otpora vodiča pri zagrijavanju za 1 K. Za sve metalne vodiče koeficijent α > 0 i malo se mijenja s temperaturom. Ako je interval promjene temperature mali, onda se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim i jednakim njegovoj prosječnoj vrijednosti u ovom temperaturnom području. Za čiste metale α ≈ 1/273 K -1. Na otopine elektrolita, otpor ne raste s porastom temperature, već opada. Za njih α < 0. Например, для 10%-ного раствора поваренной соли α ≈ -0,02 K -1.
Kada se vodič zagrijava, njegove se geometrijske dimenzije malo mijenjaju. Otpor vodiča mijenja se uglavnom zbog promjena njegovog otpora. Ovisnost ovog otpora o temperaturi možete pronaći ako zamijenite vrijednosti u formuli (16.1)
. Izračuni dovode do sljedećeg rezultata:

Jer α malo mijenja s promjenom temperature vodiča, tada možemo pretpostaviti da otpor vodiča linearno ovisi o temperaturi ( sl.16.2).

Povećanje otpora može se objasniti činjenicom da s porastom temperature raste amplituda oscilacija iona u čvorovima kristalne rešetke, pa se slobodni elektroni češće sudaraju s njima, gubeći smjer gibanja. Iako koeficijent α je prilično mala, uzimajući u obzir ovisnost otpora o temperaturi pri proračunu uređaja za grijanje je apsolutno potrebno. Dakle, otpor volframove niti žarulje sa žarnom niti povećava se više od 10 puta kada kroz nju prolazi struja.
Za neke legure, kao što je legura bakra i nikla (konstantan), temperaturni koeficijent otpora je vrlo mali: α ≈ 10 -5 K -1 ; otpornost konstantana je velika: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Takve se legure koriste za izradu referentnih otpora i dodatnih otpora mjernih instrumenata, tj. u slučajevima kada je potrebno da se otpor zamjetno ne mijenja s temperaturnim fluktuacijama.
Ovisnost otpora metala o temperaturi koristi se u otporni termometri. Obično se kao glavni radni element takvog termometra uzima platinasta žica, čija je ovisnost otpora o temperaturi dobro poznata. Promjene temperature ocjenjuju se promjenom otpora žice, koja se može mjeriti.
Takvi termometri mogu mjeriti vrlo niske i vrlo visoke temperature kada konvencionalni termometri za tekućinu nisu prikladni.
Otpornost metala raste linearno s porastom temperature. U otopinama elektrolita opada s porastom temperature.

???
1. Kada žarulja troši više struje: odmah nakon paljenja ili nakon nekoliko minuta?
2. Ako se otpor svitka električnog štednjaka ne mijenja s temperaturom, onda bi njegova duljina pri nazivnoj snazi ​​trebala biti veća ili manja?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, 10. razred fizike

Sadržaj lekcije sažetak lekcije okvir za podršku lekcija prezentacija akcelerativne metode interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe samoprovjera radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slikovne grafike, tablice, sheme humor, anegdote, vicevi, stripovi parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale varalice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu metodološke preporuke programa rasprave Integrirane lekcije

Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,

Povećava se kinetička energija atoma i iona, oni počinju jače oscilirati oko ravnotežnih položaja, elektroni nemaju dovoljno prostora za slobodno kretanje.

2. Kako električni otpor vodiča ovisi o njegovoj temperaturi? U kojim jedinicama se mjeri temperaturni koeficijent otpora?

Specifični otpor vodiča raste linearno s porastom temperature prema zakonu

3. Kako objasniti linearnu ovisnost otpora vodiča o temperaturi?

Specifični otpor vodiča linearno ovisi o učestalosti sudara elektrona s atomima i ionima kristalne rešetke, a ta frekvencija ovisi o temperaturi.

4. Zašto se otpor poluvodiča smanjuje s porastom temperature?

S porastom temperature raste broj slobodnih elektrona, a s porastom broja nositelja naboja smanjuje se otpor poluvodiča.

5. Opišite proces vlastitog provođenja u poluvodičima.

Atom poluvodiča gubi elektron i postaje pozitivno nabijen. U elektronskoj ljusci nastaje rupa – pozitivan naboj. Dakle, vlastitu vodljivost poluvodiča provode dvije vrste nositelja: elektroni i šupljine.

Otpornost, a time i otpornost metala, ovisi o temperaturi, povećavajući se s njezinim rastom. Ovisnost otpora vodiča o temperaturi objašnjava se činjenicom da

1. intenzitet raspršenja (broj sudara) nositelja naboja raste s porastom temperature;

2. njihova se koncentracija mijenja zagrijavanjem vodiča.

Iskustvo pokazuje da se pri ne previsokim i ne preniskim temperaturama ovisnosti električnog otpora i otpora vodiča o temperaturi izražavaju formulama:

gdje ρ 0 , ρ t - specifični otpori tvari vodiča, odnosno na 0 ° C i t°C; R 0 , R t - otpor vodiča pri 0 °S i t°S, α - temperaturni koeficijent otpora: izmjeren u SI u Kelvinima na minus prvu potenciju (K -1). Za metalne vodiče, ove formule su primjenjive od temperature od 140 K i više.

Temperaturni koeficijent Otpor tvari karakterizira ovisnost promjene otpora tijekom zagrijavanja o vrsti tvari. Brojčano je jednaka relativnoj promjeni otpora (otpora) vodiča pri zagrijavanju za 1 K.

hαi=1⋅ΔρρΔT,

gdje je hαi prosječna vrijednost temperaturnog koeficijenta otpora u intervalu Δ Τ .

Za sve metalne vodiče α > 0 i malo se mijenja s temperaturom. Za čiste metale α \u003d 1/273 K -1. U metalima, koncentracija slobodnih nositelja naboja (elektrona) n= konst i povećanje ρ nastaje zbog povećanja intenziteta raspršenja slobodnih elektrona na ionima kristalne rešetke.

Za otopine elektrolita α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α \u003d -0,02 K -1. Otpor elektrolita opada s porastom temperature, budući da povećanje broja slobodnih iona zbog disocijacije molekula premašuje povećanje raspršenja iona tijekom sudara s molekulama otapala.

Formule ovisnosti ρ i R na temperaturu za elektrolite slične su gornjim formulama za metalne vodiče. Treba napomenuti da je ova linearna ovisnost sačuvana samo u malom temperaturnom rasponu, u kojem α = konst. U velikim intervalima promjene temperature ovisnost otpora elektrolita o temperaturi postaje nelinearna.

Grafički, ovisnosti otpora metalnih vodiča i elektrolita o temperaturi prikazane su na slikama 1, a, b.

Na vrlo niskim temperaturama, blizu apsolutne nule (-273 °C), otpor mnogih metala naglo pada na nulu. Ova pojava je nazvana supravodljivost. Metal prelazi u supravodljivo stanje.

Ovisnost otpora metala o temperaturi koristi se u otpornim termometrima. Obično se platinska žica uzima kao termometrijsko tijelo takvog termometra, čija je ovisnost otpora o temperaturi dovoljno proučena.

Promjene temperature ocjenjuju se promjenom otpora žice, koja se može mjeriti. Takvi termometri mogu mjeriti vrlo niske i vrlo visoke temperature kada konvencionalni termometri za tekućinu nisu prikladni.

Fenomen supravodljivosti

SUPRAVODLJIVOST- fenomen koji mnogi kem. elementi, spojevi, legure (koji se nazivaju supravodiči) kada se ohlade ispod određene vrijednosti. (karakteristična za ovaj materijal) temperatura T s dolazi do prijelaza iz normalnog u tzv. supravodljivo stanje, u kojem im je el. DC otpor struje potpuno nema. U tom prijelazu strukturalne i optičke (u području vidljive svjetlosti), svojstva supravodiča ostaju gotovo nepromijenjena. Električni i magn. svojstva tvari u supravodljivom stanju (fazi) oštro se razlikuju od istih svojstava u normalnom stanju (gdje su to u pravilu metali) ili od svojstava drugih materijala, koji ne prelaze u supravodljivo stanje pri istu temperaturu.

Fenomen S. otkrio je G. Kamerlingh-Onnes (N. Kamerlingh-Onnes, 1911) u proučavanju niskotemperaturnog tijeka otpora žive. Otkrio je da kada se živina žica ohladi ispod 4 K, njen otpor skoči na nulu. Normalno stanje može se uspostaviti propuštanjem dovoljno jake struje kroz uzorak [prekoračenje kritična struja I C (T)] ili stavljanje u dovoljno jak ekst. magn. polje [prekoračenje kritično magnetsko polje H C (T)].

Godine 1933. F. W. Meissner i R. Ochsenfeld otkrili su još jedno važno svojstvo karakteristično za supravodiče (usp. Meissnerov učinak:) ekst. magn. polje manje od neke kritične. vrijednost (ovisno o vrsti tvari) ne prodire duboko u supravodič, koji ima oblik beskonačnog čvrstog cilindra, čija je os usmjerena duž polja, a od nule se razlikuje samo u tankom površinskom sloju. Ovo je otkriće omogućilo F. i G. Londonu (F. London, H. London, 1935) da formuliraju fenomenološke. teorija koja opisuje magnetostatiku supravodiča (vidi Londonska jednadžba), ali je priroda S. ostala nejasna.

Otkriće superfluidnosti 1938. godine i objašnjenje te pojave od strane L. D. Landaua na temelju kriterija koji je on formulirao (vidi Landauovu teoriju superfluidnosti) za sustave Boseovih čestica dalo je razloga za pretpostavku da se superfluidnost može tumačiti kao superfluidnost elektrona. tekućina, ali Fermijeva priroda elektrona i Coulombovo odbijanje između njih nisu dopuštali jednostavno prenošenje teorije superfluidnosti na S. Godine 1950. V. L. Ginzburg i Landau, na temelju teorije faznih prijelaza 2. vrste (vidi Landauova teorija), formulirao je fenomenološku. ur-cija, opisivanje termodinamike i e-magn. svojstva supravodiča blizu kritičnih. temp. T s. Izgradnja mikroskopske teorija (vidi dolje) potkrijepila je Ginzburg-Landauovu teoriju i razjasnila fenomenološke elemente koji su u nju uključeni. konstanta ur-cije. Kritično otvaranje ovisnosti. temp. T s prijelaz u supravodljivo stanje metala iz njegova izotopskog sastava (izotopski efekt, 1950) svjedočio je o utjecaju kristalin. rešetke na C. To je omogućilo X. Frohlichu (H. Frohlich) i J. Bardeenu (J. Bardeen) da demonstriraju mogućnost pojave između elektrona u prisutnosti kristalnih. rešetke specifičnog privlačenja, koje može prevladati nad njihovim Coulombovim odbijanjem, a potom i L. Coopera (L. Cooper, 1956.) - mogućnost stvaranja vezanih stanja elektronima - Cooperovi parovi (Cooperov efekt).

Godine 1957. J. Bardin, L. Cooper i J. Shrpffer (J. Schrieffer) formulirali su mikroskop. S.-ova teorija, koja je objasnila ovaj fenomen na temelju Boseove kondenzacije Cooperovih parova elektrona, a također je omogućila opis mnogih drugih u okviru jednostavnog modela (vidi Bardeen - Cooper - Schriefferov model, BCS model) . svojstva supravodiča.

Praktično uporaba supravodiča bila je ograničena niskim kritičnim vrijednostima. polja (~1 kOe) i temperature (~20 K). Godine 1952. A. A. Abrikosov i N. N. Zavaritskii na temelju analize pokusa. kritični podaci. magn. polja tankih supravodljivih filmova ukazala su na mogućnost postojanja nove klase supravodiča (L. V. Shubnikov susreo se s njihovim neobičnim magnetskim svojstvima još 1937. godine, jedna od najvažnijih razlika u odnosu na obične supravodljive je mogućnost protoka supravodljive struje s nepotpunim pomicanje magnetskog polja iz volumena supravodiča u širok raspon magnetskih polja). Ovo otkriće dodatno je odredilo podjelu supravodiča na supravodiče prve vrste i supravodiče druge vrste.Upotreba supravodiča druge vrste kasnije je omogućila stvaranje supravodljivih sustava visoke kritičnosti. polja (reda stotine kOe).

Potraga za supravodičima visoke kritičnosti. pace-rami potaknuo proučavanje novih vrsta materijala. Mnogi su istraženi. sintetizirane su klase supravodljivih sustava, organski supravodič i magnetski supravodič, ali do 1986. max. kritično temp-pa promatrana je za leguru Nb 3 Ge ( T s 23 K). Godine 1986. J. G. Bednorz i K. A. Muller otkrili su novu klasu metalnih oksidnih visokotemperaturnih supravodiča (HTSC) (vidi Oksidni visokotemperaturni supravodiči), kritične. temp-pa to-rykh u sljedeće dvije godine je "podignuta" s 30-35 K na 120-125 K. Ovi se supravodiči intenzivno proučavaju, traže se novi, a tehnologije se poboljšavaju. svojstva postojećih, na temelju kojih već nastaju određeni uređaji.

Važno postignuće u području S. bilo je otkriće 1962 josephsonov učinak tuneliranje Cooperovih parova između dva supravodiča kroz tanki dielektrik. sloj. Ovaj fenomen je formirao temelj novog područja primjene supravodiča (vidi Ref. Slaba supravodljivost, Krioelektronički uređaji).

Priroda supravodljivost. Fenomen S. je posljedica pojave korelacije između elektrona, zbog čega oni tvore Cooperove parove koji se pokoravaju Boseovoj statistici, a elektronska tekućina stječe svojstvo superfluidnosti. U fononskom modelu S. sparivanje elektrona događa se kao rezultat specifičnog, povezanog s prisutnošću kristalnog. fononske privlačne rešetke. Čak i s trbušnjacima. nulte temperature, rešetka oscilira (vidi sl. Nulte vibracije, dinamika kristalne rešetke). El - statično. interakcija elektrona s ionima rešetke mijenja prirodu tih oscilacija, što dovodi do pojave adicije. privlačna sila koja djeluje na druge elektrone. Ovo privlačenje može se smatrati razmjenom virtualnih fonona između elektrona. Ovo privlačenje povezuje elektrone u uskom sloju blizu granice Fermijeve površine. Debljina ovog sloja u energetskim. mjerilo je određeno max. fononska energija , gdje wD je Debyeova frekvencija, v s- brzina zvuka, o - konstanta rešetke (vidi Debyevu temperaturu ; ) u prostoru količine gibanja, to odgovara sloju debljine , gdje v F je brzina elektrona u blizini Fermijeve površine. Odnos nesigurnosti daje karakterističnu skalu područja interakcije fonona u koordinatnom prostoru:
gdje M je masa iona jezgre, t je masa elektrona. Količina cm, tj. privlačnost fonona pokazuje se dugodometnom (u usporedbi s međuatomskim udaljenostima). Coulombovo odbijanje elektrona po magnitudi obično nešto premašuje fononsko privlačenje, ali zbog ekraniziranja na međuatomskim udaljenostima ono je učinkovito oslabljeno i fononsko privlačenje može prevladati, spajajući elektrone u parove. Ispostavilo se da je relativno mala energija vezanja Cooperovog para znatno manja od kinetičke energije elektrona, stoga, prema kvantnoj mehanici, vezana stanja ne bi trebala nastati. Međutim, u ovom slučaju govorimo o formiranju parova ne od slobodnih izolata. elektrona u trodimenzionalnom prostoru, već iz kvazičestica Fermijeve tekućine s velikom ispunjenom Fermijevom površinom. To dovodi do stvarnog zamjena trodimenzionalnog problema jednodimenzionalnim, gdje vezana stanja nastaju pri proizvoljno slabom privlačenju.

U BCS modelu spareni su elektroni suprotnih momenta R i - R(ukupni moment Cooperovog para je 0). Orbitalni moment i ukupni spin para također su jednaki 0. Teoretski, za određene nefononske mehanizme spina, također je moguće sparivanje elektrona s orbitalnim momentom različitim od nule. Očito se sparivanje u takvo stanje događa u supravodičima s teškim fermionima (npr. CeCu 2 Si 2 , CeCu 6 , UB 13 , CeA1 3 ).

U supravodiču pri temperaturi T < T s neki od elektrona spojenih u Cooperove parove tvore Boseov kondenzat (vidi sl. Bose-Einsteinova kondenzacija). Svi elektroni u Boseovom kondenzatu opisani su jednom koherentnom valnom funkcijom. Preostali elektroni su u pobuđenim nadkondenzatnim stanjima (Fermijeve kvazičestice), a njihova energija. spektar je preuređen u usporedbi sa spektrom elektrona u normalnom metalu. U izotropnom BCS modelu ovisnost energije elektrona e o impulsu R u supravodiču ima oblik ( p F - Fermijev moment):

Riža. Slika 1. Preuređivanje energetskog spektra elektrona u supravodiču (puna linija) u usporedbi s normalnim metalom (isprekidana linija).

Riža. 2. Ovisnost energetskog jaza o temperaturi u BCS modelu.

Tako se u blizini Fermijeve razine (slika 1) pojavljuje energetski jaz u spektru (1). Da bi se pobudio elektronski sustav s ovakvim spektrom, potrebno je razbiti barem jedan Cooperov par. Budući da se u ovom slučaju formiraju dva elektrona, svaki od njih ima energiju ne manju od , tako da energija vezanja Cooperova para ima smisla. Veličina razmaka značajno ovisi o temperaturi (slika 2), s ona se ponaša kao T = 0 doseže maks. vrijednosti, i

gdje je gustoća jednoelektronskih stanja blizu Fermijeve površine, g- eff. konstanta međuelektronskog privlačenja.

U BCS modelu pretpostavlja se da je veza između elektrona slaba i kritična. temp-pa se pokazuje malim u usporedbi s karakterističnim frekvencijama fonona . Međutim, za niz tvari (npr. Pb) ovaj uvjet nije zadovoljen i parametar (jaka veza). Čak se i o aproksimaciji raspravlja u literaturi. Supervodiče s jakom vezom među elektronima opisujemo tzv. Eliashbergove jednadžbe (G. M. Eliashberg, 1968), iz kojih je jasno da vrijednost T s nema temeljnih ograničenja.

Prisutnost praznine u elektronskom spektru dovodi do eksponencijalnog. ovisnosti u području niskih temperatura svih veličina određenih brojem tih elektrona (na primjer, elektronički toplinski kapacitet i toplinska vodljivost, koeficijenti apsorpcije zvuka i niske frekvencije el-magn. radijacija).

Daleko od Fermijeva razina izraz (1) opisuje energetski. elektronski spektar normalnog metala, tj. učinak sparivanja utječe na elektrone s momentima u području širine . Prostorna skala Cooperove korelacije ("veličina" para) . Duljina korelacije je cm (donju granicu ostvaruje HTSC), ali obično znatno premašuje period kristala. rešetke.

Al-dinamičan svojstva supravodiča ovise o odnosu između standardne korelacije. duljina i karakteristična debljina površinskog sloja, pri čemu se značajno mijenja veličina e-magn. polja gdje n s je koncentracija supravodljivih (sparenih) elektrona, e je naboj elektrona. Ako (takvo područje uvijek postoji u blizini T s, jer na ), tada se Cooperovi parovi mogu smatrati točkastim parovima, tako da je el-dinamika supravodiča lokalna, a supravodljiva struja određena je vrijednošću vektorskog potencijala ALI u razmatranoj točki supravodiča (Londonova jednadžba). Na , pojavljuju se koherentna svojstva kondenzata Cooperovih parova, el-dinamika postaje nelokalna - struja u danoj točki određena je vrijednostima ALI u cijeloj regiji veličine ( Pippardova jednadžba To je obično situacija u masivnim čistim supravodičima (na dovoljnoj udaljenosti od njihove površine).

Prijelaz metala iz normalnog u supravodljivo stanje u odsutnosti magnetskog polja. polje je fazni prijelaz drugog reda. Ovaj prijelaz karakterizira složeni skalarni parametar reda - valna funkcija Boseovog kondenzata Cooperovih parova, gdje r- prostorna koordinata. U BCS modelu [za T = T s , i kada T = O]. Faza valne funkcije također je bitna: gustoća supravodljive struje j s određena je gradijentom ove faze:

gdje znak * označava složenu konjugaciju. Vrijednost gustoće struje j s također nestaje kada T = T s. Fazni prijelaz normalni metal - supravodič može se smatrati rezultatom spontanog prekida simetrije u odnosu na skupinu simetrijaU(l) mjerne transformacije valne funkcije . Fizički, ovo odgovara donjem prekršaju T s očuvanje broja elektrona u vezi s njihovim sparivanjem, a matematički se izražava pojavom različitih od nule usp. vrijednosti parametara narudžbe

Jaz u energiji. spektar elektrona ne poklapa se uvijek s modulom parametra reda (kao što je slučaj u BCS modelu) i općenito nije nužan uvjet za C. Na primjer, kada se paramagnet uvede u supravodič. nečistoća u određenom rasponu njihovih koncentracija, može se ostvariti S. bez procjepa (vidi dolje). Neobična slika S. u dvodimenzionalnim sustavima, gdje termodinamički. fluktuacije u fazi parametra reda uništavaju dalekosežni red (vidi sl. Mermin-Wagnerov teorem), a ipak se S. odvija. Ispostavilo se da nužan uvjet za postojanje supravodljive struje j s nije čak ni prisutnost dalekosežnog reda (konačna prosječna vrijednost parametra reda), već slabiji uvjet za potencno opadanje korelacije funkcija

toplinska svojstva. Toplinski kapacitet supravodiča (kao i normalnog metala) sastoji se od elektrona Ces i rešetkasti Cps komponenta. Indeks s odnosi se na supravodljivu fazu, P- u normalu e- na elektroničku komponentu, R- do rešetke.

Pri prijelazu u supravodljivo stanje rešetkasti dio toplinskog kapaciteta gotovo se ne mijenja, dok se elektronski dio naglo povećava. U okviru BCS teorije za izotropni spektar

Kada vrijednost Ces eksponencijalno opada (sl. 3), a toplinski kapacitet supravodiča određen je njegovim rešetkastim dijelom Cps ~ T 3. Karakteristična eksponencijalna ovisnost Ces omogućuje izravno mjerenje. Nepostojanje ove ovisnosti ukazuje na to da u određenim točkama na Fermijevoj površini energija jaz ide na nulu. Po svoj prilici, potonje je posljedica nefononskog mehanizma privlačenja elektrona (npr. u sustavima s teškim fermionima, gdje je na niskim temperaturama za UB 13, a za CeCuSi 2).

Riža. 3. Skok toplinskog kapaciteta pri prijelazu u supravodljivo stanje.

Toplinska vodljivost metala tijekom prijelaza u supravodljivo stanje ne doživljava skok, tj. . Ovisnost uzrokuje niz čimbenika. S jedne strane, sami elektroni pridonose toplinskoj vodljivosti, koja se smanjuje kako se temperatura smanjuje i nastaju Cooperovi parovi. S druge strane, doprinos fonona m ps počinje pomalo rasti, budući da srednji slobodni put fonona raste sa smanjenjem broja elektrona (elektroni spojeni u Cooperove parove ne raspršuju fonone i sami ne prenose toplinu). Dakle, , dok . U čistim metalima, gdje je veći T s prevladava elektronski dio toplinske vodljivosti, ostaje odlučujući i pri prijelazu u supravodljivo stanje; kao rezultat, na svim temperaturama ispod T s. U legurama, naprotiv, toplinska vodljivost određena je uglavnom njegovim fononskim dijelom i, nakon prolaska, počinje se povećavati zbog smanjenja broja nesparenih elektrona.

Magnetska svojstva. Zbog mogućnosti protjecanja nedisipativnih supravodljivih struja u supravodiču, ona kad se odredi. eksperimentalnim uvjetima pokazuje Meissnerov učinak, tj. ponaša se u prisutnosti ne prejakog vanjskog. magn. polja kao idealni dijamagnet (magnetska susceptibilnost). Dakle, za uzorak koji ima oblik dugog čvrstog cilindra u homogenom ekst. magn. polje H primijenjen duž svoje osi, magnetizacija uzorka . Ekstruzija ext. magn. polja iz mase supravodiča dovodi do smanjenja njegove slobodne energije. U ovom slučaju, ekranizirane supravodljive struje teku u tankom površinskom sloju cm. Ova vrijednost također karakterizira dubinu prodiranja vanjskog. magn. polja u uzorku.

Prema ponašanju u dovoljno jakim poljima supravodljivi materijali se dijele u dvije skupine: supravodiče 1. i 2. vrste (slika 4). Početak dio krivulja magnetizacije (gdje ) odgovara punom Meissnerovom efektu. Daljnji tijek krivulja za supravodiče 1. i 2. vrste bitno se razlikuje.

Riža. 4. Ovisnost magnetizacije o vanjskom magnetskom polju za supravodiče 1. i 2. vrste.

Supervodiči 1. vrste naglo gube S. (fazni prijelaz 1. vrste): ili pri postizanju kritične vrijednosti koja odgovara zadanom polju. temp. T C (N), odnosno s povećanjem vanj. polja do kritičnih vrijednosti H C (T)(termodinamičko kritično polje). Na mjestu faznog prijelaza koji se događa u magnetskom. polju, u energet. U spektru supravodiča tipa 1 odmah se pojavljuje praznina konačne veličine. Kritično polje H C (T) određuje razliku između otkucaja. supravodič slobodne energije F s i normalno F str faze:

Skriveni ud. toplina faznog prijelaza

gdje S n i S s- ud. entropije odgovarajućih faza. Beat jump toplinski kapacitet pri T = T sa

U nedostatku vanjskih magn. polja na T = T s veličina Q= Oh, to jest, događa se prijelaz 2. vrste.

Prema BCS modelu termodinamički kritično polje je povezano s kritičnim. omjer temp-swarm

a njegova temperaturna ovisnost u graničnim slučajevima visokih i niskih temperatura ima oblik:

Riža. 5. Ovisnost termodinamičkog kritičnog magnetskog polja Hc o temperaturi.

Obje granice f-ly su bliske empirijskim. odnos , koji dobro opisuje tipične eksperimente. podataka (slika 5). Kod necilindričnih geometrija iskustva pri prekoračenju ekst. magn. definirano polje količinama H 0 = (1 - N)H C (N - faktor demagnetiziranja) supravodič tipa 1 prelazi u srednje stanje : uzorak je podijeljen u slojeve normalne i supravodljive faze, čiji omjer volumena ovisi o vrijednosti H. Prijelaz uzorka u normalno stanje događa se postupno, povećanjem udjela odgovarajuće faze.

Međustanje može nastati i kada kroz supravodič teče struja koja prelazi određenu kritičnu vrijednost. značenje ja s, što odgovara stvaranju na površini uzorka kritičnog. magn. polja N s.

Stvaranje međustanja u supravodiču tipa 1 i izmjena slojeva supravodljive i normalne faze konačne veličine mogu se pokazati samo uz pretpostavku da sučelje između tih faza ima pozitivnu površinsku energiju. Veličina i predznak ovise o odnosu između

Relacija tzv parametar Ginzburg - Landau i igra važnu ulogu u fenomenološkim. teorija C. Predznak (ili vrijednost x) omogućuje striktno određivanje vrste supravodiča: za supravodič 1. vrste i; za supravodič tipa 2, a supravodiči tipa 2 uključuju čisti Nb, većinu supravodljivih legura, organske i visokotemperaturne supravodiče.

Za supravodiče tipa 2 fazni prijelaz tipa 1 u normalno stanje je stoga nemoguć. Međustanje se ne ostvaruje, jer bi površina na granicama faza imala negativnu vrijednost. energije i više ne bi igrao ulogu faktora koji sputava beskonačnu fragmentaciju. Za dovoljno slaba polja iu supravodičima tipa 2 javlja se Mensnerov efekt. Po dolasku u donji kritično polja H C1(u slučaju ), što se ispostavlja da je manje od formalno izračunatog u ovom slučaju H S postaje energetski povoljan prodor magnetskog. polja u supravodič u obliku pojedinačnih vrtloga (vidi Kvantizirani vrtlozi) od kojih svaki sadrži po jedan kvant magnetskog toka. Supervodič 2. vrste prelazi u miješano stanje.

Mnogi metali, na primjer, kao što su bakar, aluminij, srebro, imaju svojstvo provođenja električne struje zbog prisutnosti slobodnih elektrona u svojoj strukturi. Također, metali imaju određenu otpornost na struju, a svaki ima svoju. Otpornost metala uvelike ovisi o njegovoj temperaturi.

Možete shvatiti kako otpor metala ovisi o temperaturi ako povećate temperaturu vodiča, na primjer, u području od 0 do t2 °C. Kako se temperatura vodiča povećava, tako raste i njegov otpor. Štoviše, ova je ovisnost gotovo linearna.

S fizikalnog gledišta, povećanje otpora s porastom temperature može se objasniti povećanjem amplitude vibracija čvorova kristalne rešetke, što zauzvrat otežava prolazak elektrona, odnosno otpornost na električna struja raste.

Gledajući graf, možete vidjeti da u t1 metal ima mnogo manji otpor nego, na primjer, u t2. Daljnjim smanjenjem temperature možete doći do točke t0, gdje će otpor vodiča biti praktički jednak nuli. Naravno, njegov otpor ne može biti jednak nuli, već joj samo teži. U tom trenutku vodič postaje supravodič. Supervodiči se koriste u jakim magnetima kao namoti. U praksi, ta točka leži mnogo dalje, u području apsolutne nule, i nemoguće ju je odrediti iz ovog grafikona.

Za ovaj graf možete napisati jednadžbu

Pomoću ove jednadžbe možete pronaći otpor vodiča na bilo kojoj temperaturi. Ovdje nam je potrebna točka t0 dobivena ranije na grafikonu. Poznavajući vrijednost temperature u ovoj točki za određeni materijal, te temperature t1 i t2, možemo pronaći otpor.

Promjena otpora s temperaturom koristi se u svim električnim strojevima gdje nije moguć izravan pristup namotu. Na primjer, kod asinkronog motora dovoljno je znati otpor statora u početnom trenutku iu trenutku rada motora. Jednostavnim izračunima možete odrediti temperaturu motora, što se automatski radi u proizvodnji.

Svaka tvar ima svoj vlastiti otpor. Štoviše, otpor će ovisiti o temperaturi vodiča. To ćemo potvrditi provođenjem sljedećeg eksperimenta.

Propustimo struju kroz čeličnu spiralu. U strujnom krugu sa spiralom serijski spajamo ampermetar. Pokazat će neku vrijednost. Sada ćemo zagrijati spiralu u plamenu plinskog plamenika. Vrijednost struje koju će pokazati ampermetar smanjit će se. Odnosno, strujna snaga ovisit će o temperaturi vodiča.

Promjena otpora s temperaturom

Neka je pri temperaturi od 0 stupnjeva otpor vodiča R0, a pri temperaturi t otpor R, tada će relativna promjena otpora biti izravno proporcionalna promjeni temperature t:

• (R-R0)/R=a*t.

U ovoj formuli, a je koeficijent proporcionalnosti, koji se također naziva temperaturni koeficijent. Karakterizira ovisnost otpora tvari o temperaturi.

Temperaturni koeficijent otpora brojčano jednaka relativnoj promjeni otpora vodiča kada se zagrije za 1 Kelvin.

Za sve metale temperaturni koeficijent Iznad nule. S promjenama temperature malo će se promijeniti. Dakle, ako je promjena temperature mala, onda se temperaturni koeficijent može smatrati konstantnim, i jednakim prosječnoj vrijednosti iz ovog temperaturnog područja.

Otopine elektrolita s povećanjem temperature otpor se smanjuje. To jest, za njih će temperaturni koeficijent biti manje od nule.

Otpor vodiča ovisi o otporu vodiča i o dimenzijama vodiča. Budući da se dimenzije vodiča lagano mijenjaju kada se zagrijavaju, glavna komponenta promjene otpora vodiča je električni otpor.

Ovisnost otpora vodiča o temperaturi

Pokušajmo pronaći ovisnost otpora vodiča o temperaturi.

Zamijenite u formuli dobivenu iznad vrijednosti otpora R=p*l/S R0=p0*l/S.

Dobivamo sljedeću formulu:

• p=p0(1+a*t).

Ta je ovisnost prikazana na sljedećoj slici.

Pokušajmo shvatiti zašto se otpor povećava

Kada povećavamo temperaturu, povećava se amplituda oscilacija iona u čvorovima kristalne rešetke. Posljedično, slobodni elektroni će se češće sudarati s njima. U sudaru će izgubiti smjer kretanja. Stoga će se struja smanjiti.