Utegemezi wa conductor juu ya joto. Utegemezi wa resistivity ya umeme ya metali kwenye joto

>>Fizikia: Utegemezi wa upinzani wa kondakta kwenye joto

Dutu tofauti zina upinzani tofauti (tazama § 104). Je, upinzani unategemea hali ya kondakta? kwenye joto lake? Uzoefu unapaswa kutoa jibu.
Ikiwa unapita sasa kutoka kwa betri kwa njia ya coil ya chuma na kisha kuanza kuipokanzwa kwenye moto wa burner, ammeter itaonyesha kupungua kwa sasa. Hii ina maana kwamba joto linapobadilika, upinzani wa kondakta hubadilika.
Ikiwa kwa joto sawa na 0 ° C, upinzani wa kondakta ni sawa na R0, na kwa joto t ni sawa R, basi mabadiliko ya jamaa katika upinzani, kama uzoefu unaonyesha, ni sawia moja kwa moja na mabadiliko ya joto t:

Sababu ya uwiano α kuitwa mgawo wa joto wa upinzani. Ni sifa ya utegemezi wa upinzani wa dutu kwenye joto. Mgawo wa joto wa upinzani ni nambari sawa na mabadiliko ya jamaa katika upinzani wa kondakta wakati inapokanzwa na 1 K. Kwa wote waendeshaji wa chuma mgawo α > 0 na hubadilika kidogo kulingana na halijoto. Ikiwa muda wa mabadiliko ya joto ni mdogo, basi mgawo wa joto inaweza kuchukuliwa mara kwa mara na sawa na thamani yake ya wastani juu ya aina hii ya joto. Kwa metali safi α ≈ 1/273 K -1 . U ya ufumbuzi wa electrolyte, upinzani hauzidi kuongezeka kwa joto, lakini hupungua. Kwa ajili yao α < 0. Например, для 10%-ного раствора chumvi ya meza α ≈ -0.02 K -1 .
Wakati conductor inapokanzwa, vipimo vyake vya kijiometri hubadilika kidogo. Upinzani wa kondakta hubadilika hasa kutokana na mabadiliko yake resistivity. Unaweza kupata utegemezi wa upinzani huu kwenye halijoto ikiwa utabadilisha maadili katika fomula (16.1)
. Mahesabu husababisha matokeo yafuatayo:

Kwa sababu α hubadilika kidogo wakati hali ya joto ya kondakta inabadilika, basi tunaweza kudhani kuwa upinzani wa kondakta hutegemea joto ( Mchoro.16.2).

Kuongezeka kwa upinzani kunaweza kuelezewa na ukweli kwamba kwa kuongezeka kwa joto, amplitude ya vibrations ya ion kwenye nodi huongezeka. kimiani kioo, Ndiyo maana elektroni za bure kugongana nao mara nyingi zaidi, kupoteza mwelekeo wa harakati. Ingawa mgawo α ni ndogo kabisa, kwa kuzingatia utegemezi wa upinzani juu ya joto wakati wa kuhesabu vifaa vya kupokanzwa ni muhimu kabisa. Kwa hivyo, upinzani wa filament ya tungsten ya taa ya incandescent huongezeka kwa zaidi ya mara 10 wakati sasa inapita ndani yake.
Baadhi ya aloi, kama vile aloi ya nikeli ya shaba (constantan), ina mgawo mdogo sana wa joto wa upinzani: α ≈ 10 -5 K -1; Upinzani wa constantan ni wa juu: ρ ≈ 10 -6 Ohm m. Aloi hizo hutumiwa kwa ajili ya utengenezaji wa upinzani wa kawaida na upinzani wa ziada kwa vyombo vya kupimia, i.e. katika hali ambapo inahitajika kwamba upinzani haubadilika dhahiri na kushuka kwa joto.
Utegemezi wa upinzani wa chuma kwenye joto hutumiwa ndani thermometers ya upinzani. Kwa kawaida, kipengele kikuu cha kazi cha thermometer hiyo ni waya wa platinamu, utegemezi wa upinzani ambao upinzani juu ya joto unajulikana. Mabadiliko ya joto yanahukumiwa na mabadiliko katika upinzani wa waya, ambayo inaweza kupimwa.
Thermometers vile inakuwezesha kupima chini sana na sana joto la juu wakati thermometers ya kawaida ya kioevu haifai.
Upinzani wa metali huongezeka kwa mstari na joto linaloongezeka. Kwa ufumbuzi wa electrolyte hupungua kwa joto la kuongezeka.

???
1. Ni wakati gani balbu ya mwanga hutumia nguvu zaidi: mara baada ya kuiwasha au baada ya dakika chache?
2. Ikiwa upinzani wa ond ya jiko la umeme haukubadilika na joto, basi urefu wake kwa nguvu iliyopimwa inapaswa kuwa kubwa au chini?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizikia daraja la 10

Maudhui ya somo maelezo ya somo kusaidia mbinu za kuongeza kasi za uwasilishaji wa somo la fremu teknolojia shirikishi Fanya mazoezi kazi na mazoezi warsha za kujipima, mafunzo, kesi, maswali ya majadiliano ya kazi ya nyumbani maswali ya balagha kutoka kwa wanafunzi Vielelezo sauti, klipu za video na multimedia picha, picha, michoro, majedwali, michoro, ucheshi, hadithi, vicheshi, vichekesho, mafumbo, misemo, maneno mtambuka, nukuu Viongezi muhtasari makala tricks for the curious cribs vitabu vya kiada msingi na ziada kamusi ya maneno mengine Kuboresha vitabu vya kiada na masomokurekebisha makosa katika kitabu kusasisha kipande kwenye kitabu cha maandishi, vitu vya uvumbuzi katika somo, kubadilisha maarifa ya zamani na mpya. Kwa walimu pekee masomo kamili mpango wa kalenda kwa mwaka miongozo programu za majadiliano Masomo Yaliyounganishwa

Ikiwa una masahihisho au mapendekezo ya somo hili,

Nishati ya kinetic ya atomi na ioni huongezeka, huanza kuzunguka kwa nguvu zaidi karibu na nafasi za usawa, na elektroni hazina nafasi ya kutosha kwa harakati za bure.

2. Je, resistivity ya conductor inategemea joto lake? Je, mgawo wa joto wa upinzani hupimwa katika vitengo gani?

Resistivity ya conductors huongezeka kwa mstari na joto la kuongezeka kwa mujibu wa sheria

3. Tunawezaje kuelezea utegemezi wa mstari wa kupinga kwa kondakta kwenye joto?

Resistivity ya kondakta inategemea mstari juu ya mzunguko wa migongano ya elektroni na atomi na ioni za kimiani ya kioo, na mzunguko huu unategemea joto.

4. Kwa nini resistivity ya semiconductors hupungua kwa joto la kuongezeka?

Wakati joto linapoongezeka, idadi ya elektroni za bure huongezeka, na kadiri idadi ya wabebaji wa malipo inavyoongezeka, upinzani wa semiconductor hupungua.

5. Eleza mchakato wa uendeshaji wa ndani katika semiconductors.

Atomu ya semiconductor inapoteza elektroni, kuwa chaji chanya. KATIKA shell ya elektroni shimo linaundwa - malipo chanya. Kwa hivyo, conductivity ya ndani ya semiconductor inafanywa na aina mbili za flygbolag: elektroni na mashimo.

Upinzani maalum, na kwa hiyo upinzani wa metali, inategemea joto, kuongezeka kwa joto. Utegemezi wa joto wa upinzani wa kondakta unaelezewa na ukweli kwamba

1. ukubwa wa utawanyiko (idadi ya migongano) ya flygbolag za malipo huongezeka kwa kuongezeka kwa joto;

2. Mkusanyiko wao hubadilika wakati conductor inapokanzwa.

Uzoefu unaonyesha kuwa sio juu sana na sio juu sana joto la chini Utegemezi wa upinzani na upinzani wa kondakta kwenye joto huonyeshwa na fomula:

Wapi ρ 0 , ρ t - resistivity ya dutu ya conductor, kwa mtiririko huo, saa 0 ° C na t°C; R 0 , R t - upinzani wa conductor saa 0 ° C na t°С, α - mgawo wa joto wa upinzani: kipimo katika SI katika Kelvin kuondoa nguvu ya kwanza (K ​​-1). Kwa makondakta wa chuma, fomula hizi zinatumika kuanzia joto la 140 K na zaidi.

Mgawo wa joto Upinzani wa dutu unaonyesha utegemezi wa mabadiliko ya upinzani wakati wa joto juu ya aina ya dutu. Kwa hesabu ni sawa na mabadiliko ya jamaa katika upinzani (upinzani) wa kondakta inapokanzwa na 1 K.

hαi=1⋅ΔρρΔT,

ambapo hαi ni thamani ya wastani ya mgawo wa joto wa upinzani katika muda Δ Τ .

Kwa waendeshaji wote wa chuma α > 0 na hubadilika kidogo kulingana na halijoto. Kwa metali safi α = 1/273 K -1. Katika metali, mkusanyiko wa flygbolag za malipo ya bure (elektroni) n= const na ongezeko ρ hutokea kutokana na ongezeko la ukubwa wa kueneza kwa elektroni za bure kwenye ioni za kimiani za kioo.

Kwa ufumbuzi wa electrolyte α < 0, например, для 10%-ного раствора поваренной соли α = -0.02 K -1 . Upinzani wa elektroliti hupungua kwa kuongezeka kwa joto, kwani ongezeko la idadi ya ioni za bure kwa sababu ya kutengana kwa molekuli huzidi kuongezeka kwa utawanyiko wa ioni wakati wa migongano na molekuli za kutengenezea.

Fomula za utegemezi ρ Na R juu ya joto kwa electrolytes ni sawa na fomula hapo juu kwa conductors chuma. Ikumbukwe kwamba hii utegemezi wa mstari huendelea tu juu ya aina ndogo ya joto, ambayo α = const. Katika safu kubwa za joto, utegemezi wa upinzani wa elektroliti kwenye joto huwa sio sawa.

Graphically, utegemezi wa upinzani wa waendeshaji wa chuma na electrolytes juu ya joto huonyeshwa kwenye Mchoro 1, a, b.

Kwa joto la chini sana, karibu na sifuri kabisa (-273 ° C), upinzani wa metali nyingi hupungua kwa ghafla hadi sifuri. Jambo hili linaitwa superconductivity. Ya chuma huenda katika hali ya superconducting.

Utegemezi wa upinzani wa chuma kwenye joto hutumiwa katika thermometers ya upinzani. Kawaida, waya wa platinamu hutumiwa kama mwili wa thermometric wa thermometer kama hiyo, utegemezi ambao upinzani wake juu ya joto umesomwa vya kutosha.

Mabadiliko ya joto yanahukumiwa na mabadiliko katika upinzani wa waya, ambayo inaweza kupimwa. Thermometers vile inakuwezesha kupima joto la chini sana na la juu sana wakati thermometers ya kawaida ya kioevu haifai.

Jambo la superconductivity

UTUKUFU- jambo ambalo wingi. chem. vipengele, misombo, aloi (inayoitwa superconductors) wakati kilichopozwa chini ya ufafanuzi. (kawaida kwa ya nyenzo hii) joto T s kuna mpito kutoka kwa kawaida hadi kinachojulikana. hali ya superconducting, ambayo umeme wao Upinzani wa DC sasa haipo kabisa. Wakati wa mpito huu, muundo na macho (katika eneo la mwanga inayoonekana) mali ya superconductors kubaki kivitendo bila kubadilika. Umeme na mag. Sifa ya dutu katika hali ya superconducting (awamu) hutofautiana sana kutoka kwa mali sawa katika hali ya kawaida (ambapo wao, kama sheria, ni metali) au kutoka kwa mali ya vifaa vingine, ambavyo kwa joto sawa havibadilishi kuwa. hali ya superconducting.

Jambo la zebaki liligunduliwa na G. Kamerlingh-Onnes (N. Kamerlingh-Onnes, 1911) wakati akisoma tabia ya chini ya joto ya upinzani wa zebaki. Aligundua kwamba wakati waya wa zebaki umepozwa chini ya 4 K, upinzani wake ghafla unakuwa sifuri. Hali ya kawaida inaweza kurejeshwa kwa kupitisha mkondo wa nguvu wa kutosha kupitia sampuli [kuzidi sasa muhimu I C (T)] au kwa kuiweka katika mazingira ya nje yenye nguvu ya kutosha. mag. uwanja [exceeding uwanja muhimu wa sumaku H C (T)].

Mnamo 1933, F. W. Meissner na R. Ochsenfeld waligundua nyingine. mali muhimu zaidi, tabia ya superconductors (tazama. Athari ya Meissner:) nje. mag. uwanja chini ya muhimu fulani thamani (kulingana na aina ya dutu), haiingii kwa kina ndani ya superconductor, ambayo ina sura ya silinda isiyo na kipimo imara, mhimili ambao unaelekezwa kando ya shamba, na hutofautiana na sifuri tu kwenye safu nyembamba ya uso. Ugunduzi huu uliruhusu F. na G. London (F. London, H. London, 1935) kuunda phenomenological. nadharia inayoelezea magnetostatics ya superconductors (tazama. London equation), hata hivyo, asili ya S. ilibakia haijulikani.

Ugunduzi wa unyevu kupita kiasi mwaka wa 1938 na maelezo ya jambo hili na L. D. Landau kwa misingi ya kigezo kilichoundwa naye (tazama nadharia ya Landau ya ziada ya maji) kwa mifumo ya chembe za Bose ilitoa sababu ya kudhani kwamba S. inaweza kufasiriwa kama ziada ya maji kioevu cha elektroni, hata hivyo, asili ya Fermi ya elektroni na Coulomb repulsion kati yao haikufanya iwezekanavyo kuhamisha nadharia ya ziada ya maji kwa S. Mnamo 1950, V.L. Ginzburg na Landau, kwa kuzingatia nadharia ya mabadiliko ya awamu ya Agizo la 2 (tazama nadharia ya Landau), lilibuni nadharia ya uzushi. milinganyo inayoelezea thermodynamics na el-magn. mali ya superconductors karibu muhimu. joto T s. Ujenzi wa darubini nadharia (tazama hapa chini) zilithibitisha nadharia ya Ginzburg-Landau na kufafanua zile zilizojumuishwa katika uzushi. viwango ni vya kudumu. Ugunduzi wa utegemezi ni muhimu. joto T s mpito kwa hali ya upitishaji wa chuma kutoka kwa muundo wake wa isotopiki (athari ya isotopiki, 1950) ilionyesha ushawishi wa fuwele. kimiani kwenye C. Hii iliruhusu H. Frohlich na J. Bardeen kuonyesha uwezekano wa kutokea kati ya elektroni kukiwa na chembe za fuwele. lattices ya kivutio maalum, ambayo inaweza kutawala juu ya repulsion yao Coulomb, na hatimaye L. Cooper (L. Cooper, 1956) - uwezekano wa elektroni kutengeneza mataifa amefungwa - Cooper jozi (Cooper athari).

Mnamo 1957, J. Bardeen, L. Cooper na J. Schrieffer walitengeneza darubini. Nadharia ya S. ilielezea jambo hili kwa msingi wa ufupishaji wa Bose wa jozi za Cooper za elektroni, na pia ilifanya iwezekane kuelezea nyingi ndani ya mfumo wa muundo rahisi (tazama mfano wa Bardeen-Cooper-Schrieffer, mfano wa BCS). mali ya superconductors.

Vitendo matumizi ya superconductors ilikuwa mdogo kwa maadili ya chini muhimu. mashamba (~1 kOe) na halijoto (~20 K). Mnamo 1952, A. A. Abrikosov na N. N. Zavaritsky, kulingana na uchambuzi wa majaribio. data muhimu mag. Sehemu za filamu nyembamba za superconducting zilionyesha uwezekano wa kuwepo kwa darasa jipya la superconductors (L.V. Shubnikov alikutana na mali zao zisizo za kawaida za sumaku nyuma mnamo 1937; moja ya tofauti muhimu zaidi kutoka kwa superconductors za kawaida ni uwezekano wa mkondo wa juu unaotiririka na uhamishaji usio kamili. ya shamba la sumaku kutoka kwa kiasi cha superconductor hadi anuwai ya uwanja wa sumaku). Ugunduzi huu baadaye uliamua mgawanyiko wa superconductors katika aina ya 1 superconductors na superconductors aina 2. Matumizi ya aina ya 2 superconductors baadaye ilifanya iwezekane kuunda mifumo ya superconducting kwa umakini wa hali ya juu. mashamba (ya mpangilio wa mamia ya kOe).

Tafuta superconductors na umakini wa hali ya juu. Temp-rami ilichochea utafiti wa aina mpya za nyenzo. Nyingi zimesomwa. madarasa ya mifumo ya superconducting, superconductors kikaboni na superconductors magnetic walikuwa synthesized, lakini hadi 1986 max. muhimu temp-pa iliangaliwa kwa aloi ya Nb 3 Ge ( T s 23 K). Mnamo 1986, J. G. Bednorz na K. A. Muller waligundua darasa jipya oksidi ya chuma superconductors za joto la juu (HTSC) (tazama viboreshaji viboreshaji vya joto la juu la Oksidi), muhimu. hali ya joto ambayo zaidi ya miaka miwili iliyofuata "ilifufuliwa" kutoka 30-35 K hadi 120-125 K. Superconductors hizi zinachunguzwa kwa bidii, mpya hutafutwa, teknolojia inaboreshwa. mali ya zilizopo, kwa misingi ambayo vifaa fulani tayari vinaundwa.

Mafanikio muhimu katika mkoa wa S. ilifunguliwa mnamo 1962 Josephson athari tunneling Cooper jozi kati ya superconductors mbili kupitia dielectric nyembamba. interlayer. Jambo hili liliunda msingi eneo jipya matumizi ya superconductors (tazama Uboreshaji dhaifu, vifaa vya Cryoelectronic).

Asili superconductivity. Hali ya elektroni husababishwa na kuibuka kwa uhusiano kati ya elektroni, kama matokeo ambayo huunda jozi za Cooper zinazotii takwimu za Bose, na kioevu cha elektroni hupata mali ya ziada. Katika mfano wa phononi wa elektroni, kuunganishwa kwa elektroni hutokea kutokana na jambo maalum linalohusishwa na kuwepo kwa chembe za fuwele. lati za kivutio cha phonon. Hata na abs. Kwa joto la sifuri, oscillates za kusaga (tazama. Mizunguko sifuri, mienendo ya kimiani ya Kioo). El-tuli. mwingiliano wa elektroni na ioni za kimiani hubadilisha asili ya vibrations hizi, ambayo inaongoza kwa kuonekana kwa nyongeza. nguvu ya kuvutia inayofanya kazi kwenye elektroni nyingine. Kivutio hiki kinaweza kuzingatiwa kama ubadilishanaji wa phononi pepe kati ya elektroni. Kivutio hiki hufunga elektroni kwenye safu nyembamba karibu na mpaka Nyuso za Fermi. Unene wa safu hii katika nishati. kiwango imedhamiriwa na max. nishati ya phonon , Wapi wD- Marudio ya deby, v s- kasi ya sauti, o - kimiani mara kwa mara (angalia joto la Debye ; ) katika nafasi ya kasi hii inalingana na safu nene , Wapi v F ni kasi ya elektroni karibu na uso wa Fermi. Uhusiano wa kutokuwa na uhakika unatoa kiwango cha tabia cha eneo la mwingiliano wa phonon katika nafasi ya kuratibu:
Wapi M- wingi wa ion ya msingi, T- molekuli ya elektroni. Ukubwa ni cm, yaani, kivutio cha phonon kinageuka kwa muda mrefu (ikilinganishwa na umbali wa interatomic). Urudishaji wa elektroni wa Coulomb kwa kawaida ni mkubwa kidogo kuliko mvuto wa phononi, lakini kutokana na uchunguzi katika umbali wa interatomiki unadhoofika kwa ufanisi na mvuto wa phonon unaweza kutawala, ukichanganya elektroni katika jozi. Nishati ndogo ya kumfunga ya jozi ya Cooper inageuka kuwa kidogo sana nishati ya kinetic elektroni, kwa hiyo, kulingana na mechanics ya quantum, nchi zilizofungwa hazipaswi kutokea. Hata hivyo, katika kwa kesi hii Tunazungumza juu ya uundaji wa jozi sio kutoka kwa insulators za bure. elektroni ndani nafasi tatu-dimensional, na kutoka kwa chembechembe za kioevu za Fermi zinapojazwa uso mkubwa Fermi. Hii inasababisha ukweli kuchukua nafasi ya tatizo la pande tatu na moja-dimensional, ambapo nchi zilizounganishwa hutokea chini ya mvuto dhaifu wa kiholela.

Katika mfano wa BCS, elektroni zilizo na wakati kinyume zimeunganishwa R Na - R(kasi kamili ya jozi ya Cooper ni 0). Kasi ya obiti na mzunguko wa jumla wa jozi pia ni sawa na 0. Kinadharia, pamoja na mifumo fulani isiyo ya sauti, kuoanisha elektroni na nonzero. wakati wa orbital. Inavyoonekana, kuunganisha katika hali hii hutokea kwa superconductors na fermions nzito (kwa mfano, CeCu 2 Si 2, CeCu 6, UB 13, CeA1 3).

Katika superconductor kwa joto T < T s Baadhi ya elektroni zikijumuishwa katika jozi za Cooper huunda ufupisho wa Bose (ona. Bose - Einstein condensation). Elektroni zote ziko katika condensate ya Bose zinaelezewa na kazi moja ya mawimbi ya mawimbi. Elektroni zilizobaki ziko katika hali ya msisimko ya juu ya condensate (Fermi quasiparticles), na nishati yao iko. wigo hupangwa upya kwa kulinganisha na wigo wa elektroni katika chuma cha kawaida. Katika mfano wa BCS wa isotropiki, utegemezi wa nishati ya elektroni e kwa kasi R katika superconductor ina fomu ( p F - kasi ya Fermi):

Mchele. 1. Marekebisho ya wigo wa nishati ya elektroni katika superconductor (mstari thabiti) ikilinganishwa na chuma cha kawaida (mstari wa dashi).

Mchele. 2. Utegemezi wa joto wa pengo la nishati katika mfano wa BCS.

Kwa hiyo, karibu na kiwango cha Fermi (Mchoro 1) pengo la nishati linaonekana katika wigo (1). Ili kusisimua mfumo wa kielektroniki na wigo kama huo, inahitajika kuvunja angalau jozi moja ya Cooper. Kwa kuwa katika kesi hii elektroni mbili zinaundwa, kila mmoja wao huhesabu nishati si chini ya , hivyo nishati ya kumfunga ya jozi ya Cooper ina maana. Ukubwa wa pengo kwa kiasi kikubwa inategemea joto (Mchoro 2), na anafanya kama, na wakati gani T = 0 hufikia upeo. maadili, na

Wapi ni msongamano wa majimbo ya elektroni moja karibu na uso wa Fermi, g- eff. mara kwa mara ya kivutio cha elektroni-elektroni.

Katika mfano wa BCS, uunganisho kati ya elektroni unachukuliwa kuwa dhaifu na muhimu. temp-pa inageuka kuwa ndogo ikilinganishwa na masafa ya sauti ya tabia . Hata hivyo, kwa idadi ya vitu (kwa mfano, Pb), hali hii haipatikani na parameter (kifungo chenye nguvu) haipatikani. Hata makadirio yanajadiliwa katika fasihi. Superconductors na uhusiano wenye nguvu kati ya elektroni ni ilivyoelezwa na kinachojulikana. milinganyo ya Eliashberg (G.M. Eliashberg, 1968), ambayo ni wazi kwamba thamani T s Hakuna vikwazo vya msingi.

Uwepo wa pengo katika wigo wa elektroni husababisha kielelezo utegemezi katika eneo la joto la chini la viwango vyote vinavyoamuliwa na idadi ya elektroni hizi (kwa mfano, uwezo wa joto wa kielektroniki na upitishaji wa mafuta, mgawo wa kunyonya sauti na masafa ya chini. el-magn. mionzi).

Mbali mbali Kiwango cha Fermi usemi (1) hueleza nishati. wigo wa elektroni za chuma cha kawaida, yaani, athari ya kuunganisha huathiri elektroni na momenta katika eneo la upana. Kiwango cha anga cha uunganisho wa Cooper ("ukubwa" wa jozi). Urefu wa uunganisho ni cm (kikomo cha chini kinafikiwa katika HTSC), hata hivyo, kawaida huzidi kipindi cha fuwele. grates.

El-dynamic. mali ya superconductors hutegemea uhusiano kati ya uunganisho wa kawaida. urefu na unene wa tabia ya safu ya uso, ambayo thamani ya el-magn inabadilika sana. mashamba ambapo ns- mkusanyiko wa elektroni za superconducting (jozi), e- malipo ya elektroni. Ikiwa (eneo kama hilo daima lipo karibu T s, kwa sababu lini ), basi jozi za Cooper zinaweza kuzingatiwa kuwa za uhakika, kwa hiyo mienendo ya umeme ya superconductor ni ya ndani na sasa ya superconducting imedhamiriwa na thamani ya uwezo wa vector. A katika hatua inayozingatiwa ya superconductor (London equation). Wakati mali madhubuti ya condensate ya jozi Cooper inaonekana, mienendo ya umeme inakuwa isiyo ya kawaida - ya sasa katika hatua fulani imedhamiriwa na maadili. A katika eneo zima la ukubwa ( Mlinganyo wa Pippard Hii ndio hali ya kawaida katika superconductors safi (kwa umbali wa kutosha kutoka kwa uso wao).

Mpito wa chuma kutoka kwa kawaida hadi hali ya superconducting kwa kutokuwepo kwa sumaku. shamba ni mpito wa awamu ya mpangilio wa 2. Mpito huu unaonyeshwa na paramu ngumu ya mpangilio wa scalar - kazi ya wimbi la Bose condensate ya jozi za Cooper, ambapo r- uratibu wa anga. Katika mfano wa BCS [saa T = T s , na lini T = KUHUSU ]. Awamu ya utendaji wa wimbi pia ni ya umuhimu mkubwa: wiani wa sasa wa superconducting j s imedhamiriwa kupitia gradient ya awamu hii:

ambapo * ishara inaashiria mnyambuliko changamano. Uzito wa sasa j s pia hutoweka T = T s. Mpito wa awamu ya chuma ya kawaida - superconductor inaweza kuzingatiwa kama matokeo ya kuvunja kwa hiari ya ulinganifu kwa heshima na kikundi. ulinganifuU(l) mabadiliko ya kipimo cha utendaji wa wimbi. Kimwili hii inalingana na ukiukaji ulio hapa chini T s uhifadhi wa idadi ya elektroni kwa sababu ya kuoanisha kwao, na inaonyeshwa kihisabati kwa kuonekana kwa zisizo za sifuri cf. kuagiza maadili ya parameta

Pengo la nishati wigo wa elektroni hauambatani na thamani kamili ya parameta ya mpangilio (kama ilivyo katika mfano wa BCS) na hailingani kabisa. hali ya lazima C. Kwa hiyo, kwa mfano, wakati wa kuanzisha paramagnetic katika superconductor. uchafu katika safu fulani ya viwango vyao, S. isiyo na pengo inaweza kupatikana (tazama hapa chini). Picha ya thermodynamics katika mifumo miwili-dimensional ni ya pekee, ambapo thermodynamics. mabadiliko katika awamu ya paramu ya mpangilio huharibu mpangilio wa masafa marefu (tazama Nadharia ya Murmin-Wagner), na bado S. inafanyika. Inabadilika kuwa hali ya lazima ya kuwepo kwa superconducting ya sasa j s sio uwepo wa utaratibu wa muda mrefu (thamani ya wastani ya parameter ya utaratibu), lakini hali dhaifu ya kupungua kwa sheria ya nguvu. kazi ya uunganisho

Tabia za joto. Uwezo wa joto wa superconductor (pamoja na chuma cha kawaida) hujumuisha elektroniki Ces na kimiani C ps sehemu. Faharisi s inahusu awamu ya upitishaji wa juu, P- kwa kawaida, e- Kwa sehemu ya elektroniki, R- kwa kusaga.

Wakati wa mpito kwa hali ya superconducting, sehemu ya kimiani ya uwezo wa joto inabakia karibu bila kubadilika, lakini sehemu ya elektroniki huongezeka kwa ghafla. Ndani ya mfumo wa nadharia ya BCS kwa wigo wa isotropiki

Wakati thamani Ces hupungua kwa kasi (Mchoro 3) na uwezo wa joto wa superconductor imedhamiriwa na sehemu yake ya kimiani. C ps ~ T 3. Utegemezi wa kielelezo wa tabia Ces inaruhusu kupima moja kwa moja. Kutokuwepo kwa utegemezi huu kunaonyesha kuwa katika sehemu fulani za Fermi uso wa nishati. pengo huenda hadi sifuri. Kwa uwezekano wote, mwisho huo unahusishwa na utaratibu wa nonphonon wa kuvutia elektroni (kwa mfano, katika mifumo yenye fermions nzito, ambapo kwa joto la chini kwa UB 13 na kwa CeCuSi 2).

Mchele. 3. Rukia katika uwezo wa joto wakati wa mpito kwa hali ya superconducting.

Conductivity ya joto ya chuma wakati wa mpito kwa hali ya superconducting haina uzoefu wa kuruka, i.e. . Utegemezi huo unatokana na mambo kadhaa. Kwa upande mmoja, elektroni wenyewe hutoa mchango wao kwa conductivity ya joto, ambayo hupungua kama joto linapungua na jozi za Cooper zinaundwa. Kwa upande mwingine, mchango wa phonon m ps huanza kuongezeka kwa kiasi fulani, kwa kuwa idadi ya elektroni inapungua, njia ya bure ya phononi huongezeka (elektroni zikijumuishwa katika jozi za Cooper hazitawanyi phononi na hazihamishi joto zenyewe). Kwa hivyo,, wakati. KATIKA metali safi, wapi juu T s sehemu ya elektroniki ya conductivity ya mafuta inashinda, inabakia kuamua wakati wa mpito kwa hali ya superconducting; matokeo yake, kwa joto zote chini T s. Katika aloi, kinyume chake, conductivity ya mafuta imedhamiriwa hasa na sehemu yake ya phonon na, wakati wa kupita, huanza kuongezeka kwa sababu ya kupungua kwa idadi ya elektroni zisizounganishwa.

Tabia za sumaku. Kutokana na uwezekano wa mikondo ya superconducting isiyo na dissipative inapita katika superconductor, inaelezwa. chini ya hali ya majaribio, inaonyesha athari ya Meissner, i.e. inatenda mbele ya ushawishi wa nje usio na nguvu sana. mag. nyanja kama sumakuumeme bora (unyeti wa sumaku). Kwa hivyo, kwa sampuli iliyo na umbo la silinda ndefu ngumu katika nje ya homogeneous mag. shamba N, kutumika pamoja na mhimili wake, magnetization ya sampuli . Ext. mag. shamba kutoka kwa kiasi cha superconductor husababisha kupungua kwa nishati yake ya bure. Katika kesi hii, mikondo ya kuzuia superconducting inapita kwenye safu nyembamba ya uso wa cm. Thamani hii pia ina sifa ya kina cha kupenya kwa uso wa nje. mag. mashamba ya sampuli.

Kulingana na tabia yake, yeye ni mzuri mashamba yenye nguvu vifaa vya superconducting vinagawanywa katika vikundi viwili: superconductors ya aina ya 1 na ya 2 (Mchoro 4). Mwanzo sehemu ya mikunjo ya sumaku (ambapo) inalingana na athari kamili ya Meissner. Hatua inayofuata Curve za aina ya 1 na aina ya 2 superconductors ni tofauti sana.

Mchele. 4. Utegemezi wa magnetization kwa nje shamba la sumaku kwa aina ya 1 na aina ya 2 superconductors.

Aina ya 1 superconductors hupoteza S. ghafla ( awamu ya mpito Aina ya 1): ama baada ya kufikia inayofaa uwanja huu muhimu joto T S (N), au kwa kuongezeka kwa nje nyanja za muhimu maadili N S (T)(uga muhimu wa halijoto). Katika hatua ya mpito ya awamu inayotokea kwenye uwanja wa sumaku. shamba, katika nishati. Katika wigo wa superconductor ya aina 1, pengo la ukubwa wa mwisho huonekana mara moja. Muhimu shamba N S (T) huamua tofauti kati ya midundo. nishati za bure superconductor F s na kawaida F uk awamu:

Mdundo uliofichwa joto la mpito wa awamu

Wapi S n Na Ss- piga entropy ya awamu zinazolingana. Kuruka kuwapiga. uwezo wa joto T = T s

Kwa kukosekana kwa nje mag. mashamba katika T = T s ukubwa Q = Lo, yaani, mpito wa aina ya 2 hutokea.

Kulingana na mfano wa BCS, thermodynamic. muhimu uwanja unahusishwa na muhimu. uwiano wa temp-swarm

na utegemezi wake wa joto katika hali mbaya zaidi za joto la juu na la chini una fomu:

Mchele. 5. Utegemezi wa joto wa uwanja wa sumaku muhimu wa thermodynamic H c.

Thamani zote mbili za kikomo ziko karibu na zile za nguvu. uhusiano, ambayo inaelezea vizuri majaribio ya kawaida. data (Mchoro 5). Katika kesi ya mashirika yasiyo ya cylindrical jiometri ya uzoefu wakati unazidi nje. mag. uwanja umefafanuliwa kiasi H 0 = (1 - N)H C (N - kipengele cha demagnetizing) aina ya 1 superconductor huenda katika hali ya kati : sampuli imegawanywa katika tabaka za awamu ya kawaida na superconducting, uwiano kati ya kiasi cha ambayo inategemea thamani. N. Sampuli ya mpito hadi hali ya kawaida hutokea hatua kwa hatua, kwa kuongeza uwiano wa awamu inayofanana.

Hali ya kati inaweza pia kutokea wakati sasa inapita kupitia superconductor inazidi thamani fulani muhimu. maana Mimi s, sambamba na kuundwa kwa thamani muhimu kwenye uso wa sampuli. mag. mashamba N s.

Uundaji wa hali ya kati katika superconductor ya aina ya 1 na ubadilishaji wa tabaka za superconducting na awamu za kawaida za ukubwa wa mwisho inawezekana tu chini ya dhana kwamba interface kati ya awamu hizi ina nishati nzuri ya uso. ukubwa na ishara hutegemea uhusiano kati

Uhusiano unaitwa Ginzburg - Landau parameta na michezo jukumu muhimu katika phenomenological nadharia C. Ishara (au thamani ya x) inafanya uwezekano wa kuamua kwa ukali aina ya superconductor: kwa aina ya 1 superconductor na; kwa superconductor ya aina ya 2 na superconductors ya Aina ya 2 ni pamoja na Nb safi, aloi nyingi za upitishaji wa juu zaidi, watendaji wa juu wa kikaboni na wa halijoto ya juu.

Kwa superconductors ya aina ya 2, kwa hiyo, mabadiliko ya awamu ya utaratibu wa 1 hadi hali ya kawaida haiwezekani. Hali ya kati haijatambuliwa, kwani uso kwenye mipaka ya awamu itakuwa mbaya. nishati na haingetumika tena kama sababu inayozuia mgawanyiko usio na mwisho. Kwa mashamba dhaifu ya kutosha na katika superconductors ya aina ya 2, athari ya Mensner hutokea. Wakati wa kufikia chini muhimu mashamba N C1(katika kesi), ambayo inageuka kuwa chini ya mahesabu rasmi katika kesi hii N S, kupenya kwa sumaku kunakuwa na manufaa kwa nguvu. shamba ndani ya kondakta mkuu katika mfumo wa vortices moja (tazama Vortices ya Quantized), iliyo na quantum moja kila moja. flux ya magnetic. Superconductor ya aina ya 2 huenda katika hali ya mchanganyiko.

Metali nyingi, kama vile shaba, alumini, fedha, zina mali ya conductivity mkondo wa umeme kutokana na kuwepo kwa elektroni za bure katika muundo wao. Pia, metali zina upinzani fulani kwa sasa, na kila mmoja ana yake mwenyewe. Upinzani wa chuma unategemea sana joto lake.

Unaweza kuelewa jinsi upinzani wa chuma unategemea joto ikiwa unaongeza joto la kondakta, kwa mfano, katika eneo kutoka 0 hadi t2 ° C. Wakati joto la kondakta linapoongezeka, upinzani wake pia huongezeka. Aidha, utegemezi huu ni karibu linear.

Kutoka kwa mtazamo wa kimwili, ongezeko la upinzani na joto la kuongezeka linaweza kuelezewa na ongezeko la amplitude ya vibrations ya nodes ya kimiani ya kioo, ambayo kwa upande inafanya kuwa vigumu kwa elektroni kupita, yaani, upinzani. kwa kuongezeka kwa mkondo wa umeme.

Kuangalia grafu unaweza kuona kwamba katika t1 chuma ina upinzani mdogo sana kuliko, kwa mfano, katika t2. Kwa kupungua zaidi kwa joto, unaweza kufikia hatua ya t0, ambapo upinzani wa kondakta utakuwa karibu sifuri. Bila shaka, upinzani wake hauwezi kuwa sifuri, lakini huelekea tu. Katika hatua hii conductor inakuwa superconductor. Superconductors hutumiwa katika sumaku kali kama vilima. Juu ya mazoezi kupewa point iko mbali zaidi, katika eneo hilo sifuri kabisa, na haiwezekani kuamua kutoka kwa grafu hii.

Kwa wa ratiba hii tunaweza kuandika equation

Kutumia equation hii, unaweza kupata upinzani wa kondakta kwa joto lolote. Hapa tunahitaji hatua t0 iliyopatikana mapema kwenye grafu. Kujua thamani ya joto katika hatua hii kwa nyenzo maalum, na joto la t1 na t2, tunaweza kupata upinzani.

Kubadilisha upinzani na joto hutumiwa kwa yoyote gari la umeme, ambapo upatikanaji wa moja kwa moja kwa vilima hauwezekani. Kwa mfano, katika motor asynchronous inatosha kujua upinzani wa stator ndani wakati wa kuanzia wakati na wakati injini inafanya kazi. Kutumia mahesabu rahisi, unaweza kuamua joto la injini, ambalo hufanyika moja kwa moja katika uzalishaji.

Kila dutu ina resistivity yake mwenyewe. Aidha, upinzani utategemea joto la conductor. Hebu tuthibitishe hili kwa kufanya jaribio lifuatalo.

Wacha tupitishe mkondo kupitia ond ya chuma. Katika mzunguko na ond, tunaunganisha ammeter katika mfululizo. Itaonyesha thamani fulani. Sasa tutawasha ond katika moto wa burner ya gesi. Thamani ya sasa iliyoonyeshwa na ammeter itapungua. Hiyo ni, nguvu ya sasa itategemea joto la kondakta.

Badilisha katika upinzani kulingana na joto

Tuseme kwamba kwa joto la digrii 0, upinzani wa kondakta ni sawa na R0, na kwa joto t upinzani ni sawa na R, basi mabadiliko ya jamaa katika upinzani yatakuwa sawa sawa na mabadiliko ya joto t:

• (R-R0)/R=a*t.

Katika fomula hii, a ni mgawo wa uwiano, ambao pia huitwa mgawo wa joto. Ni sifa ya utegemezi wa upinzani unaomilikiwa na dutu kwenye joto.

Mgawo wa joto wa upinzani nambari sawa na mabadiliko ya jamaa katika upinzani wa kondakta wakati inapokanzwa na 1 Kelvin.

Kwa metali zote mgawo wa joto Juu ya sifuri. Itabadilika kidogo na mabadiliko ya joto. Kwa hiyo, ikiwa mabadiliko ya joto ni ndogo, basi mgawo wa joto unaweza kuchukuliwa mara kwa mara na sawa na thamani ya wastani kutoka kwa aina hii ya joto.

Upinzani wa miyeyusho ya elektroliti hupungua kadri halijoto inavyoongezeka. Hiyo ni, kwao mgawo wa joto utakuwa chini ya sifuri.

Upinzani wa conductor inategemea resistivity ya conductor na ukubwa wa conductor. Kwa kuwa vipimo vya kondakta hubadilika kidogo wakati wa joto, sehemu kuu ya mabadiliko katika upinzani wa kondakta ni kupinga.

Utegemezi wa resistivity conductor juu ya joto

Hebu jaribu kupata utegemezi wa resistivity ya conductor juu ya joto.

Hebu tubadilishe maadili ya upinzani R=p*l/S R0=p0*l/S kwenye fomula iliyo hapo juu.

Tunapata formula ifuatayo:

• p=p0(1+a*t).

Utegemezi huu unawasilishwa kwenye takwimu ifuatayo.

Hebu jaribu kujua ni kwa nini upinzani unaongezeka

Tunapoongeza joto, amplitude ya vibrations ya ions kwenye nodes ya latiti ya kioo huongezeka. Kwa hiyo, elektroni za bure zitagongana nao mara nyingi zaidi. Katika mgongano, watapoteza mwelekeo wa harakati zao. Kwa hiyo, sasa itapungua.