Kebergantungan konduktor pada suhu. Kebergantungan kerintangan elektrik logam pada suhu

>>Fizik: Kebergantungan rintangan konduktor pada suhu

Bahan yang berbeza mempunyai kerintangan yang berbeza (lihat § 104). Adakah rintangan bergantung kepada keadaan konduktor? pada suhunya? Pengalaman harus memberi jawapan.
Jika anda menghantar arus dari bateri melalui gegelung keluli dan kemudian mula memanaskannya dalam nyalaan penunu, ammeter akan menunjukkan penurunan arus. Ini bermakna apabila suhu berubah, rintangan konduktor berubah.
Jika pada suhu sama dengan 0°C, rintangan konduktor adalah sama dengan R0, dan pada suhu t ia adalah sama R, maka perubahan relatif dalam rintangan, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, adalah berkadar terus dengan perubahan suhu t:

Faktor perkadaran α dipanggil pekali suhu rintangan. Ia mencirikan pergantungan rintangan bahan pada suhu. Pekali suhu rintangan secara berangka sama dengan perubahan relatif dalam rintangan konduktor apabila dipanaskan sebanyak 1 K. Untuk semua pengalir logam pekali α > 0 dan sedikit berubah mengikut suhu. Jika selang perubahan suhu adalah kecil, maka pekali suhu boleh dianggap malar dan sama dengan nilai puratanya pada julat suhu ini. Untuk logam tulen α ≈ 1/273 K -1 . U daripada larutan elektrolit, rintangan tidak meningkat dengan peningkatan suhu, tetapi berkurangan. Untuk mereka α < 0. Например, для 10%-ного раствора garam meja α ≈ -0.02 K -1 .
Apabila konduktor dipanaskan, dimensi geometrinya berubah sedikit. Rintangan konduktor berubah terutamanya disebabkan oleh perubahan dalam konduktor kerintangan. Anda boleh mencari pergantungan kerintangan ini pada suhu jika anda menggantikan nilai dalam formula (16.1)
. Pengiraan membawa kepada keputusan berikut:

Kerana α berubah sedikit apabila suhu konduktor berubah, maka kita boleh mengandaikan bahawa kerintangan konduktor bergantung secara linear pada suhu ( Rajah 16.2).

Peningkatan rintangan boleh dijelaskan oleh fakta bahawa dengan peningkatan suhu amplitud getaran ion pada nod meningkat kekisi kristal, Itulah sebabnya elektron bebas bertembung dengan mereka lebih kerap, kehilangan arah pergerakan. Walaupun pekali α agak kecil, dengan mengambil kira pergantungan rintangan pada suhu apabila mengira peranti pemanasan adalah sangat diperlukan. Oleh itu, rintangan filamen tungsten lampu pijar meningkat lebih daripada 10 kali ganda apabila arus melaluinya.
Sesetengah aloi, seperti aloi kuprum-nikel (constantan), mempunyai pekali rintangan suhu yang sangat kecil: α ≈ 10 -5 K -1 ; Kerintangan pemalar adalah tinggi: ρ ≈ 10 -6 Ohm m Aloi sedemikian digunakan untuk pembuatan rintangan piawai dan rintangan tambahan kepada alat pengukur, iaitu dalam kes di mana rintangan tidak berubah dengan ketara dengan turun naik suhu.
Kebergantungan rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan. Biasanya, elemen kerja utama termometer sedemikian ialah wayar platinum, pergantungan yang rintangannya pada suhu diketahui. Perubahan suhu dinilai oleh perubahan rintangan wayar, yang boleh diukur.
Termometer sedemikian membolehkan anda mengukur sangat rendah dan sangat suhu tinggi apabila termometer cecair konvensional tidak sesuai.
Kerintangan logam meningkat secara linear dengan peningkatan suhu. Untuk larutan elektrolit ia berkurangan dengan peningkatan suhu.

???
1. Bilakah mentol lampu menggunakan lebih kuasa: sejurus selepas menghidupkannya atau selepas beberapa minit?
2. Jika rintangan lingkaran dapur elektrik tidak berubah dengan suhu, maka panjangnya pada kuasa undian harus lebih besar atau kurang?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizik gred ke-10

Isi pelajaran nota pelajaran menyokong kaedah pecutan pembentangan pelajaran bingkai teknologi interaktif berlatih tugasan dan latihan bengkel ujian kendiri, latihan, kes, pencarian soalan perbincangan kerja rumah soalan retorik daripada pelajar Ilustrasi audio, klip video dan multimedia gambar, gambar, grafik, jadual, rajah, jenaka, anekdot, jenaka, komik, perumpamaan, pepatah, silang kata, petikan Alat tambah abstrak artikel helah untuk buaian ingin tahu buku teks asas dan kamus tambahan istilah lain Menambah baik buku teks dan pelajaranmembetulkan kesilapan dalam buku teks mengemas kini serpihan dalam buku teks, elemen inovasi dalam pelajaran, menggantikan pengetahuan lapuk dengan yang baharu Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna pelan kalendar selama setahun cadangan metodologi program perbincangan Pelajaran Bersepadu

Jika anda mempunyai pembetulan atau cadangan untuk pelajaran ini,

Tenaga kinetik atom dan ion meningkat, ia mula berayun lebih kuat di sekitar kedudukan keseimbangan, dan elektron tidak mempunyai ruang yang cukup untuk pergerakan bebas.

2. Bagaimanakah kerintangan konduktor bergantung kepada suhunya? Dalam unit apakah pekali suhu rintangan diukur?

Kerintangan konduktor meningkat secara linear dengan peningkatan suhu mengikut undang-undang

3. Bagaimanakah kita boleh menerangkan pergantungan linear bagi kerintangan konduktor pada suhu?

Kerintangan konduktor bergantung secara linear pada kekerapan perlanggaran elektron dengan atom dan ion kekisi kristal, dan frekuensi ini bergantung pada suhu.

4. Mengapakah kerintangan semikonduktor berkurangan dengan peningkatan suhu?

Apabila suhu meningkat, bilangan elektron bebas meningkat, dan apabila bilangan pembawa cas meningkat, rintangan semikonduktor berkurangan.

5. Huraikan proses pengaliran intrinsik dalam semikonduktor.

Atom semikonduktor kehilangan elektron, menjadi bercas positif. DALAM kulit elektron lubang terbentuk - caj positif. Oleh itu, kekonduksian intrinsik semikonduktor dijalankan oleh dua jenis pembawa: elektron dan lubang.

Rintangan khusus, dan oleh itu rintangan logam, bergantung pada suhu, meningkat dengan suhu. Kebergantungan suhu rintangan konduktor dijelaskan oleh fakta bahawa

1. keamatan serakan (bilangan perlanggaran) pembawa cas meningkat dengan peningkatan suhu;

2. Kepekatannya berubah apabila konduktor dipanaskan.

Pengalaman menunjukkan bahawa pada tidak terlalu tinggi dan tidak terlalu tinggi suhu rendah Kebergantungan kerintangan dan rintangan konduktor pada suhu dinyatakan dengan formula:

di mana ρ 0 , ρ t - kerintangan bahan konduktor, masing-masing, pada 0 °C dan t°C; R 0 , R t - rintangan konduktor pada 0 °C dan t°С, α - pekali rintangan suhu: diukur dalam SI dalam Kelvin tolak kuasa pertama (K ​​-1). Untuk konduktor logam, formula ini boleh digunakan bermula pada suhu 140 K dan ke atas.

Pekali suhu Rintangan bahan mencirikan pergantungan perubahan rintangan apabila dipanaskan pada jenis bahan. Ia secara berangka sama dengan perubahan relatif dalam rintangan (resistivity) konduktor apabila dipanaskan sebanyak 1 K.

hαi=1⋅ΔρρΔT,

di mana hαi ialah nilai purata bagi pekali suhu rintangan dalam selang Δ Τ .

Untuk semua konduktor logam α > 0 dan sedikit berubah mengikut suhu. Untuk logam tulen α = 1/273 K -1. Dalam logam, kepekatan pembawa cas bebas (elektron) n= const dan peningkatan ρ berlaku disebabkan oleh peningkatan dalam keamatan penyerakan elektron bebas pada ion kekisi kristal.

Untuk larutan elektrolit α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0.02 K -1 . Rintangan elektrolit berkurangan dengan peningkatan suhu, kerana peningkatan bilangan ion bebas disebabkan oleh penceraian molekul melebihi peningkatan penyebaran ion semasa perlanggaran dengan molekul pelarut.

Formula kebergantungan ρ Dan R pada suhu untuk elektrolit adalah serupa dengan formula di atas untuk konduktor logam. Perlu diingatkan bahawa ini pergantungan linear berterusan hanya pada julat suhu yang kecil, di mana α = const. Pada julat suhu yang besar, pergantungan rintangan elektrolit pada suhu menjadi tidak linear.

Secara grafik, kebergantungan rintangan konduktor logam dan elektrolit pada suhu ditunjukkan dalam Rajah 1, a, b.

Pada suhu yang sangat rendah, menghampiri sifar mutlak (-273 °C), rintangan banyak logam turun secara tiba-tiba kepada sifar. Fenomena ini dipanggil superkonduktiviti. Logam masuk ke dalam keadaan superkonduktor.

Kebergantungan rintangan logam pada suhu digunakan dalam termometer rintangan. Biasanya, wayar platinum diambil sebagai badan termometrik termometer sedemikian, pergantungan rintangan yang mana pada suhu telah dikaji dengan secukupnya.

Perubahan suhu dinilai oleh perubahan rintangan wayar, yang boleh diukur. Termometer sedemikian membolehkan anda mengukur suhu yang sangat rendah dan sangat tinggi apabila termometer cecair konvensional tidak sesuai.

Fenomena superkonduktiviti

SUPERKONDUKTIVITI- fenomena yang jamak. kimia. unsur, sebatian, aloi (dipanggil superkonduktor) apabila disejukkan di bawah definisi. (tipikal untuk daripada bahan ini) suhu T s terdapat peralihan daripada biasa kepada apa yang dipanggil. keadaan superkonduktor, di mana elektrik mereka Rintangan DC arus tidak hadir sama sekali. Semasa peralihan ini, struktur dan optik (dalam kawasan cahaya boleh dilihat) sifat superkonduktor kekal praktikal tidak berubah. Elektrik dan mag. Sifat bahan dalam keadaan superkonduktor (fasa) berbeza dengan ketara daripada sifat yang sama dalam keadaan normal (di mana mereka, sebagai peraturan, adalah logam) atau daripada sifat bahan lain, yang pada suhu yang sama tidak berubah menjadi keadaan superkonduktor.

Fenomena merkuri ditemui oleh G. Kamerlingh-Onnes (N. Kamerlingh-Onnes, 1911) semasa mengkaji kelakuan suhu rendah rintangan merkuri. Dia mendapati bahawa apabila wayar merkuri disejukkan di bawah 4 K, rintangannya tiba-tiba menjadi sifar. Keadaan normal boleh dipulihkan dengan menghantar arus yang cukup kuat melalui sampel [melebihi arus kritikal I C (T)] atau dengan meletakkannya dalam persekitaran luaran yang cukup kuat. mag. bidang [melebihi medan magnet kritikal H C (T)].

Pada tahun 1933, F. W. Meissner dan R. Ochsenfeld menemui satu lagi. harta yang paling penting, ciri superkonduktor (lihat. Kesan Meissner:)samb. mag. medan kurang daripada kritikal tertentu nilai (bergantung kepada jenis bahan), tidak menembusi jauh ke dalam superkonduktor, yang mempunyai bentuk silinder pepejal tak terhingga, paksi yang diarahkan sepanjang medan, dan berbeza dari sifar hanya dalam lapisan permukaan nipis. Penemuan ini membolehkan F. dan G. London (F. London, H. London, 1935) merumuskan fenomenologi. teori yang menerangkan magnetostatik superkonduktor (lihat. Persamaan London), bagaimanapun, sifat S. masih tidak jelas.

Penemuan superbendalir pada tahun 1938 dan penjelasan fenomena ini oleh L. D. Landau berdasarkan kriteria yang dirumuskan oleh beliau (lihat teori keterbendalian Landau) untuk sistem zarah Bose memberi alasan untuk menganggap bahawa S. boleh ditafsirkan sebagai superfluiditi cecair elektron, bagaimanapun, sifat Fermi elektron dan Coulomb penolakan di antara mereka tidak memungkinkan untuk memindahkan teori superfluid kepada S. Pada tahun 1950, V.L.L. Ginzburg dan Landau, berdasarkan teori peralihan fasa Urutan ke-2 (lihat teori Landau), merumuskan teori fenomenologi. persamaan yang menerangkan termodinamik dan el-magn. sifat superkonduktor hampir kritikal. suhu T s. Pembinaan mikroskop teori (lihat di bawah) menyokong teori Ginzburg-Landau dan menjelaskan yang termasuk dalam fenomenologi. tahap adalah tetap. Penemuan kebergantungan adalah kritikal. suhu T s peralihan kepada keadaan superkonduktor logam daripada komposisi isotopnya (kesan isotop, 1950) menunjukkan pengaruh kristal. kekisi pada C. Ini membolehkan H. Frohlich dan J. Bardeen menunjukkan kemungkinan kejadian antara elektron dengan kehadiran zarah kristal. kekisi tarikan khusus, yang boleh mengatasi tolakan Coulomb mereka, dan seterusnya L. Cooper (L. Cooper, 1956) - kemungkinan elektron membentuk keadaan terikat - pasangan Cooper (kesan Cooper).

Pada tahun 1957, J. Bardeen, L. Cooper dan J. Schrieffer merumuskan mikroskop. Teori S. menjelaskan fenomena ini berdasarkan pemeluwapan Bose pasangan elektron Cooper, dan juga memungkinkan untuk menggambarkan banyak dalam rangka model mudah (lihat model Bardeen-Cooper-Schrieffer, model BCS). sifat superkonduktor.

Praktikal penggunaan superkonduktor dihadkan kepada nilai kritikal yang rendah. medan (~1 kOe) dan suhu (~20 K). Pada tahun 1952, A. A. Abrikosov dan N. N. Zavaritsky, berdasarkan analisis eksperimen. data kritikal mag. bidang filem superkonduktor nipis menunjukkan kemungkinan kewujudan kelas superkonduktor baru (L.V. Shubnikov menemui sifat magnet luar biasa mereka pada tahun 1937; salah satu perbezaan yang paling penting daripada superkonduktor konvensional ialah kemungkinan arus superkonduktor mengalir dengan anjakan yang tidak lengkap. medan magnet daripada isipadu superkonduktor kepada pelbagai medan magnet). Penemuan ini kemudiannya menentukan pembahagian superkonduktor kepada superkonduktor jenis pertama dan superkonduktor jenis kedua Penggunaan superkonduktor jenis ke-2 seterusnya memungkinkan untuk mencipta sistem superkonduktor dengan kritikal yang tinggi. medan (daripada susunan ratusan kOe).

Cari superkonduktor dengan tahap kritikal yang tinggi. Temp-rami merangsang penyelidikan jenis bahan baharu. Banyak yang telah dikaji. kelas sistem superkonduktor, superkonduktor organik dan superkonduktor magnet telah disintesis, tetapi sehingga 1986 maks. kritikal temp-pa diperhatikan untuk aloi Nb 3 Ge ( T s 23 K). Pada tahun 1986, J. G. Bednorz dan K. A. Muller menemui kelas baru superkonduktor suhu tinggi oksida logam (HTSC) (lihat superkonduktor suhu tinggi Oksida), kritikal. suhu yang dalam tempoh dua tahun akan datang "dinaikkan" daripada 30-35 K kepada 120-125 K. Superkonduktor ini sedang dikaji secara intensif, yang baru sedang dicari, teknologi sedang diperbaiki. sifat yang sedia ada, berdasarkan peranti tertentu yang telah dibuat.

Satu pencapaian penting di rantau S. dibuka pada tahun 1962 Kesan Josephson terowong Cooper berpasangan antara dua superkonduktor melalui dielektrik nipis. interlayer. Fenomena ini menjadi asas kawasan baru aplikasi superkonduktor (lihat Superkonduktiviti lemah, peranti Cryoelectronic).

alam semula jadi superkonduktiviti. Fenomena elektron disebabkan oleh kemunculan korelasi antara elektron, akibatnya mereka membentuk pasangan Cooper yang mematuhi statistik Bose, dan cecair elektron memperoleh sifat superfluid. Dalam model fonon elektron, pasangan elektron berlaku akibat fenomena khusus yang berkaitan dengan kehadiran zarah kristal. kekisi tarikan fonon. Walaupun dengan abs. Pada suhu sifar, parut berayun (lihat. Sifar ayunan, dinamik kekisi Kristal). El-statik. interaksi elektron dengan ion kekisi mengubah sifat getaran ini, yang membawa kepada penampilan pelengkap. daya tarikan yang bertindak ke atas elektron lain. Tarikan ini boleh dianggap sebagai pertukaran fonon maya antara elektron. Daya tarikan ini mengikat elektron dalam lapisan sempit berhampiran sempadan Permukaan Fermi. Ketebalan lapisan ini dalam tenaga. skala ditentukan oleh maks. tenaga fonon , Di mana wD- Kekerapan Debye, v s- kelajuan bunyi, o - pemalar kekisi (lihat suhu Debye ; ) dalam ruang momentum ini sepadan dengan lapisan tebal , Di mana v F ialah kelajuan elektron berhampiran permukaan Fermi. Hubungan ketidakpastian memberikan skala ciri bagi kawasan interaksi fonon dalam ruang koordinat:
di mana M- jisim ion teras, T- jisim elektron. Magnitudnya ialah cm, iaitu, tarikan fonon ternyata menjadi jarak jauh (berbanding jarak interatomik). Tolakan Coulomb bagi elektron biasanya lebih besar sedikit daripada tarikan fonon, tetapi disebabkan oleh penyaringan pada jarak interatomik ia dilemahkan dengan berkesan dan tarikan fonon boleh menguasai, menggabungkan elektron menjadi pasangan. Tenaga pengikat yang agak kecil bagi sepasang Cooper ternyata berkurangan dengan ketara tenaga kinetik elektron, oleh itu, mengikut mekanik kuantum, keadaan terikat tidak sepatutnya timbul. Walau bagaimanapun, dalam dalam kes ini Kita bercakap tentang pembentukan pasangan bukan dari penebat bebas. elektron masuk ruang tiga dimensi, dan daripada kuasipartikel cecair Fermi apabila diisi permukaan yang besar Fermi. Ini membawa kepada sebenar menggantikan masalah tiga dimensi dengan masalah satu dimensi, di mana keadaan terikat timbul di bawah daya tarikan lemah secara sewenang-wenangnya.

Dalam model BCS, elektron dengan momenta bertentangan dipasangkan r Dan - r(jumlah momentum pasangan Cooper ialah 0). Momentum orbital dan jumlah putaran pasangan juga sama dengan 0. Secara teorinya, dengan mekanisme bukan fonon tertentu, pasangan elektron dengan bukan sifar momen orbit. Nampaknya, pasangan ke dalam keadaan ini berlaku dalam superkonduktor dengan fermion berat (contohnya, CeCu 2 Si 2, CeCu 6, UB 13, CeA1 3).

Dalam superkonduktor pada suhu T < T s Beberapa elektron yang digabungkan menjadi pasangan Cooper membentuk kondensat Bose (lihat. Bose - pemeluwapan Einstein). Semua elektron yang terletak dalam kondensat Bose diterangkan oleh fungsi gelombang koheren tunggal. Elektron yang selebihnya berada dalam keadaan terkondensat lebih teruja (kuasipartikel Fermi), dan tenaganya adalah spektrum disusun semula berbanding dengan spektrum elektron dalam logam biasa. Dalam model BCS isotropik, pergantungan tenaga elektron e pada momentum r dalam superkonduktor mempunyai bentuk ( p F - momentum Fermi):

nasi. 1. Penstrukturan semula spektrum tenaga elektron dalam superkonduktor (garis pepejal) berbanding logam biasa (garis putus-putus).

nasi. 2. Kebergantungan suhu jurang tenaga dalam model BCS.

Oleh itu, berhampiran aras Fermi (Rajah 1) jurang tenaga muncul dalam spektrum (1). Untuk mengujakan sistem elektronik dengan spektrum sedemikian, adalah perlu untuk memecahkan sekurang-kurangnya satu pasangan Cooper. Oleh kerana dalam kes ini dua elektron terbentuk, setiap satu daripadanya menyumbang tenaga tidak kurang daripada , jadi tenaga pengikat pasangan Cooper masuk akal. Saiz jurang dengan ketara bergantung pada suhu (Rajah 2), dengan dia berkelakuan seperti, dan bila T = 0 mencapai maks. nilai, dan

di mana ialah ketumpatan keadaan satu elektron berhampiran permukaan Fermi, g- eff. pemalar daya tarikan elektron-elektron.

Dalam model BCS, gandingan antara elektron diandaikan lemah dan kritikal. temp-pa ternyata kecil berbanding dengan frekuensi fonon ciri . Walau bagaimanapun, untuk beberapa bahan (contohnya, Pb), keadaan ini tidak dipenuhi dan parameter (ikatan kuat) tidak dipenuhi. Malah penghampiran dibincangkan dalam kesusasteraan. Superkonduktor dengan sambungan yang kuat antara elektron diterangkan oleh apa yang dipanggil. persamaan Eliashberg (G.M. Eliashberg, 1968), dari mana jelas bahawa nilai T s Tiada sekatan asas.

Kehadiran jurang dalam spektrum elektron membawa kepada eksponen pergantungan di kawasan suhu rendah bagi semua kuantiti yang ditentukan oleh bilangan elektron ini (contohnya, kapasiti haba elektronik dan kekonduksian terma, pekali penyerapan bunyi dan frekuensi rendah el-magn. sinaran).

Jauh dari Tahap Fermi ungkapan (1) menerangkan tenaga. spektrum elektron logam biasa, iaitu, kesan pasangan mempengaruhi elektron dengan momenta dalam kawasan lebar . Skala spatial korelasi Cooper ("saiz" sepasang). Panjang korelasi ialah cm (had bawah direalisasikan dalam HTSC), namun, ia biasanya jauh melebihi tempoh kristal. parut.

El-dinamik. sifat superkonduktor bergantung kepada hubungan antara korelasi piawai. panjang dan ketebalan ciri lapisan permukaan, di mana nilai el-magn berubah dengan ketara. padang di mana ns- kepekatan elektron superkonduktor (berpasangan), e- cas elektron. Jika (kawasan sedemikian sentiasa wujud berhampiran T s, kerana apabila ), maka pasangan Cooper boleh dianggap seperti titik, oleh itu dinamik elektrik superkonduktor adalah setempat dan arus superkonduktor ditentukan oleh nilai potensi vektor A pada titik yang dipertimbangkan superkonduktor (persamaan London). Apabila sifat koheren kondensat pasangan Cooper muncul, dinamik elektrik menjadi bukan tempatan - arus pada titik tertentu ditentukan oleh nilai A dalam keseluruhan kawasan saiz ( Persamaan Pippard Ini biasanya keadaan dalam superkonduktor tulen besar-besaran (pada jarak yang mencukupi dari permukaannya).

Peralihan logam daripada keadaan biasa kepada keadaan superkonduktor tanpa ketiadaan magnet. medan ialah peralihan fasa tertib ke-2. Peralihan ini dicirikan oleh parameter susunan skalar yang kompleks - fungsi gelombang kondensat Bose pasangan Cooper, di mana r- koordinat ruang. Dalam model BCS [at T = T s , dan bila T = TENTANG ]. Fasa fungsi gelombang juga penting: ketumpatan arus superkonduktor j s ditentukan melalui kecerunan fasa ini:

di mana tanda * menandakan konjugasi kompleks. Ketumpatan arus j s juga hilang pada T = T s. Peralihan fasa logam normal - superkonduktor boleh dianggap sebagai hasil pemecahan simetri spontan berkenaan dengan kumpulan simetriU(l) perubahan tolok bagi fungsi gelombang. Secara fizikal ini sepadan dengan pelanggaran di bawah T s pemuliharaan bilangan elektron kerana pasangannya, dan dinyatakan secara matematik dengan penampilan bukan sifar rujuk. nilai parameter pesanan

Jurang tenaga spektrum elektron tidak selalunya bertepatan dengan nilai mutlak parameter pesanan (seperti yang berlaku dalam model BCS) dan tidak sama sekali syarat yang perlu C. Jadi, sebagai contoh, apabila memperkenalkan paramagnet ke dalam superkonduktor. kekotoran dalam julat tertentu kepekatannya, S. tanpa celah boleh direalisasikan (lihat di bawah). Gambar termodinamik dalam sistem dua dimensi adalah pelik, di mana termodinamik. turun naik dalam fasa parameter pesanan memusnahkan susunan jarak jauh (lihat Teorem Murmin-Wagner), namun S. berlaku. Ternyata syarat yang diperlukan untuk kewujudan arus superkonduktor j s bukanlah kehadiran susunan jarak jauh (nilai purata terhingga parameter pesanan), tetapi keadaan yang lebih lemah dari penurunan undang-undang kuasa fungsi korelasi

Sifat terma. Kapasiti haba superkonduktor (serta logam biasa) terdiri daripada elektronik Ces dan kekisi C ps komponen. Indeks s merujuk kepada fasa superkonduktor, n- normal, e- Kepada komponen elektronik, r- ke parut.

Semasa peralihan kepada keadaan superkonduktor, bahagian kekisi kapasiti haba kekal hampir tidak berubah, tetapi bahagian elektronik meningkat secara mendadak. Dalam kerangka teori BCS untuk spektrum isotropik

Apabila nilai Ces berkurangan secara eksponen (Rajah 3) dan kapasiti haba superkonduktor ditentukan oleh bahagian kekisinya C ps ~ T 3. Pergantungan eksponen ciri Ces membolehkan pengukuran langsung. Ketiadaan pergantungan ini menunjukkan bahawa pada titik tertentu Fermi permukaan tenaga. jurang menjadi sifar. Kemungkinan besar, yang terakhir dikaitkan dengan mekanisme tarikan elektron bukan fonon (contohnya, dalam sistem dengan fermion berat, di mana pada suhu rendah untuk UB 13 dan untuk CeCuSi 2).

nasi. 3. Lompat dalam kapasiti haba apabila peralihan kepada keadaan superkonduktor.

Kekonduksian haba logam semasa peralihan kepada keadaan superkonduktor tidak mengalami lompatan, i.e. . Pergantungan itu disebabkan oleh beberapa faktor. Di satu pihak, elektron sendiri membuat sumbangan mereka kepada kekonduksian terma, yang berkurangan apabila suhu berkurangan dan pasangan Cooper terbentuk. Sebaliknya, sumbangan fonon m ps mula meningkat sedikit, memandangkan apabila bilangan elektron berkurangan, min laluan bebas fonon meningkat (elektron yang digabungkan dalam pasangan Cooper tidak menyerakkan fonon dan tidak memindahkan haba sendiri). Justeru, , manakala . DALAM logam tulen, di mana lebih tinggi T s bahagian elektronik kekonduksian terma diguna pakai, ia kekal menentukan semasa peralihan kepada keadaan superkonduktor; akibatnya, pada semua suhu di bawah T s. Dalam aloi, sebaliknya, kekonduksian terma ditentukan terutamanya oleh bahagian fononnya dan, apabila melaluinya, mula meningkat disebabkan oleh penurunan bilangan elektron tidak berpasangan.

Sifat magnetik. Disebabkan kemungkinan arus superkonduktor bukan lesap mengalir dalam superkonduktor, ia ditakrifkan. di bawah keadaan eksperimen, ia mempamerkan kesan Meissner, iaitu ia berkelakuan dengan kehadiran pengaruh luar yang tidak terlalu kuat. mag. medan sebagai diamagnet ideal (kecenderungan magnetik). Jadi, untuk sampel yang mempunyai bentuk silinder pepejal panjang dalam luaran seragam mag. padang N, digunakan sepanjang paksinya, kemagnetan sampel . Ext. mag. medan daripada isipadu superkonduktor membawa kepada penurunan tenaga bebasnya. Dalam kes ini, arus superkonduktor pelindung mengalir dalam lapisan permukaan nipis cm Nilai ini juga mencirikan kedalaman penembusan permukaan luar. mag. medan untuk dijadikan sampel.

Mengikut perangainya, dia agak bidang yang kukuh bahan superkonduktor dibahagikan kepada dua kumpulan: superkonduktor jenis 1 dan 2 (Rajah 4). Permulaan bahagian lengkung magnetisasi (di mana ) sepadan dengan kesan Meissner penuh. Langkah seterusnya Lengkung untuk superkonduktor jenis 1 dan jenis 2 adalah berbeza dengan ketara.

nasi. 4. Pergantungan kemagnetan pada luaran medan magnet untuk superkonduktor jenis 1 dan jenis 2.

Superkonduktor jenis 1 kehilangan S. secara tiba-tiba ( peralihan fasa Jenis pertama): sama ada apabila mencapai yang sesuai bidang ini kritikal suhu T S (N), atau dengan peningkatan dalam luaran bidang kepada kritikal nilai N S (T)(medan kritikal termodinamik). Pada titik peralihan fasa berlaku dalam medan magnet. medan, dalam tenaga. Dalam spektrum superkonduktor jenis 1, jurang saiz terhingga serta-merta muncul. kritikal padang N S (T) menentukan perbezaan antara rentak. tenaga percuma superkonduktor F s dan biasa F hlm fasa:

Pukulan tersembunyi haba peralihan fasa

di mana S n Dan Ss- pukul entropi fasa yang sepadan. Lompat pukul. kapasiti haba pada T = T s

Dengan ketiadaan luaran mag. bidang di T = T s magnitud Q = Oh, iaitu, peralihan jenis ke-2 berlaku.

Menurut model BCS, termodinamik. kritikal bidang dikaitkan dengan kritikal. nisbah temp-swarm

dan pergantungan suhunya dalam kes ekstrem suhu tinggi dan rendah mempunyai bentuk:

nasi. 5. Kebergantungan suhu medan magnet kritikal termodinamik H c.

Kedua-dua nilai had adalah hampir dengan nilai empirikal. perhubungan, yang menggambarkan eksperimen tipikal dengan baik. data (Rajah 5). Dalam kes bukan silinder geometri pengalaman apabila melebihi luaran. mag. bidang yang ditakrifkan kuantiti H 0 = (1 - N)H C (N - faktor penyahmagnetan) superkonduktor jenis 1 masuk ke dalam keadaan pertengahan : sampel dibahagikan kepada lapisan fasa normal dan superkonduktor, nisbah antara isipadu bergantung pada nilai N. Sampel peralihan kepada keadaan normal berlaku secara beransur-ansur, dengan meningkatkan bahagian fasa yang sepadan.

Keadaan perantaraan juga boleh timbul apabila arus yang mengalir melalui superkonduktor melebihi nilai kritikal tertentu. maksudnya saya s, sepadan dengan penciptaan nilai kritikal pada permukaan sampel. mag. padang N s.

Pembentukan keadaan perantaraan dalam superkonduktor jenis 1 dan silih berganti lapisan superkonduktor dan fasa normal saiz terhingga adalah mungkin hanya di bawah andaian bahawa antara muka antara fasa ini mempunyai tenaga permukaan positif. Magnitud dan tanda bergantung pada hubungan antara

Hubungan itu dipanggil Ginzburg - Parameter dan permainan Landau peranan penting dalam fenomenologi teori C. Tanda (atau nilai x) memungkinkan untuk menentukan jenis superkonduktor dengan ketat: untuk superkonduktor jenis 1 dan ; untuk superkonduktor jenis 2 dan superkonduktor Jenis 2 termasuk Nb tulen, kebanyakan aloi superkonduktor, superkonduktor organik dan suhu tinggi.

Untuk superkonduktor jenis ke-2, oleh itu, peralihan fasa tertib pertama ke keadaan normal adalah mustahil. Keadaan pertengahan tidak direalisasikan, kerana permukaan pada sempadan fasa akan menjadi negatif. tenaga dan tidak lagi berfungsi sebagai faktor yang menghalang pemecahan yang tidak berkesudahan. Untuk medan yang cukup lemah dan dalam superkonduktor jenis 2, kesan Mensner berlaku. Apabila sampai ke bawah kritikal padang N C1(dalam kes ), yang ternyata kurang daripada yang dikira secara rasmi dalam kes ini N S, penembusan magnet menjadi bermanfaat secara bertenaga. medan menjadi superkonduktor dalam bentuk vorteks tunggal (lihat vorteks terkuantasi), yang mengandungi satu kuantum setiap satu fluks magnet. Superkonduktor jenis 2 masuk ke dalam keadaan bercampur.

Banyak logam, seperti tembaga, aluminium, perak, mempunyai sifat kekonduksian arus elektrik disebabkan oleh kehadiran elektron bebas dalam strukturnya. Juga, logam mempunyai beberapa rintangan kepada arus, dan masing-masing mempunyai sendiri. Rintangan logam sangat bergantung pada suhunya.

Anda boleh memahami bagaimana rintangan logam bergantung pada suhu jika anda meningkatkan suhu konduktor, contohnya, di kawasan dari 0 hingga t2 °C. Apabila suhu konduktor meningkat, rintangannya juga meningkat. Selain itu, pergantungan ini hampir linear.

Dari sudut fizikal, peningkatan rintangan dengan peningkatan suhu boleh dijelaskan oleh peningkatan amplitud getaran nod kekisi kristal, yang seterusnya menyukarkan elektron untuk melalui, iaitu rintangan. kepada arus elektrik meningkat.

Melihat pada graf anda dapat melihat bahawa pada t1 logam mempunyai rintangan yang jauh lebih rendah daripada, sebagai contoh, pada t2. Dengan penurunan suhu selanjutnya, anda boleh mencapai titik t0, di mana rintangan konduktor akan hampir sifar. Sudah tentu, rintangannya tidak boleh sifar, tetapi hanya cenderung kepadanya. Pada ketika ini konduktor menjadi superkonduktor. Superkonduktor digunakan dalam magnet kuat sebagai belitan. Dalam amalan titik yang diberikan terletak lebih jauh, di kawasan itu sifar mutlak, dan adalah mustahil untuk menentukannya daripada graf ini.

Untuk daripada jadual ini kita boleh menulis persamaan

Menggunakan persamaan ini, anda boleh mencari rintangan konduktor pada sebarang suhu. Di sini kita memerlukan titik t0 yang diperoleh lebih awal pada graf. Mengetahui nilai suhu pada ketika ini untuk bahan tertentu, dan suhu t1 dan t2, kita boleh mencari rintangan.

Menukar rintangan dengan suhu digunakan dalam mana-mana kereta elektrik, di mana akses terus ke belitan tidak mungkin. Sebagai contoh, dalam motor tak segerak sudah cukup untuk mengetahui rintangan stator dalam detik permulaan masa dan pada masa ketika enjin hidup. Menggunakan pengiraan mudah, anda boleh menentukan suhu enjin, yang dilakukan secara automatik dalam pengeluaran.

Setiap bahan mempunyai kerintangan sendiri. Selain itu, rintangan akan bergantung pada suhu konduktor. Mari kita sahkan ini dengan menjalankan eksperimen berikut.

Mari kita hantar arus melalui lingkaran keluli. Dalam litar dengan lingkaran, kami menyambungkan ammeter secara bersiri. Ia akan menunjukkan beberapa nilai. Sekarang kita akan memanaskan lingkaran dalam nyalaan penunu gas. Nilai semasa yang ditunjukkan oleh ammeter akan berkurangan. Iaitu, kekuatan semasa akan bergantung pada suhu konduktor.

Perubahan rintangan bergantung pada suhu

Katakan bahawa pada suhu 0 darjah, rintangan konduktor adalah sama dengan R0, dan pada suhu t rintangan adalah sama dengan R, maka perubahan relatif rintangan akan berkadar terus dengan perubahan suhu t:

• (R-R0)/R=a*t.

Dalam formula ini, a ialah pekali perkadaran, yang juga dipanggil pekali suhu. Ia mencirikan pergantungan rintangan yang dimiliki oleh bahan pada suhu.

Pekali suhu rintangan secara berangka sama dengan perubahan relatif dalam rintangan konduktor apabila ia dipanaskan dengan 1 Kelvin.

Untuk semua logam pekali suhu lebih daripada sifar. Ia akan berubah sedikit dengan perubahan suhu. Oleh itu, jika perubahan suhu adalah kecil, maka pekali suhu boleh dianggap malar dan sama dengan nilai purata dari julat suhu ini.

Rintangan larutan elektrolit berkurangan dengan peningkatan suhu. Iaitu, bagi mereka pekali suhu akan menjadi kurang daripada sifar.

Rintangan konduktor bergantung kepada kerintangan konduktor dan saiz konduktor. Oleh kerana dimensi konduktor berubah sedikit apabila dipanaskan, komponen utama perubahan rintangan konduktor ialah kerintangan.

Kebergantungan kerintangan konduktor pada suhu

Mari kita cuba mencari pergantungan kerintangan konduktor pada suhu.

Mari kita gantikan nilai rintangan R=p*l/S R0=p0*l/S ke dalam formula yang diperolehi di atas.

Kami mendapat formula berikut:

• p=p0(1+a*t).

Ketergantungan ini ditunjukkan dalam rajah berikut.

Mari cuba fikirkan mengapa rintangan meningkat

Apabila kita meningkatkan suhu, amplitud getaran ion pada nod kekisi kristal meningkat. Oleh itu, elektron bebas akan berlanggar dengannya lebih kerap. Dalam perlanggaran, mereka akan kehilangan arah pergerakan mereka. Akibatnya, arus akan berkurangan.