Свехпроводники и криопроводники

При снижении температуры удельное
электронное сопротивление металлов миниатюризируется и при очень низких
(криогенных) температурах электропроводность металлов приближается к абсолютному
нулю.

В 1911 г. при охлаждении кольца из
замороженной ртути до температуры 4,2 К голландский ученый Г. Каммерлинг-Оннес
нашел, что электронное сопротивление о кольца в один момент падает до очень
малого значения, которое нереально измерить. Такое исчезновение электронного
сопротивления, т.е. возникновение нескончаемой удельной проводимости у материала,
было названо сверхпроводимостью.

Материалы, владеющие способностью
перебегать в сверхпроводимое состояние при их охлаждении до довольно низкой
температуры, стали именовать сверхпроводниками. Критичная температура
остывания, при которой происходит переход вещества в сверхпроводящее состояние,
именуют температурой сверх-проводимого перехода либо критичной температурой
перехода Ткр.

Переход в сверхпроводимое состояние
является обратимым. При повышении температуры до Тк материал ворачивается в
обычное (непроводящее) состояние.

Особенность сверхпроводников
заключается в том, что в один прекрасный момент наведенный в сверхпроводящем контуре электронный
ток будет продолжительно (годами) циркулировать по этому контуру без приметного
уменьшения собственной силы и притом без всякого дополнительного подвода энергии
снаружи. Подобно неизменному магниту таковой контур делает в окружающем
пространстве магнитное поле.

В 1933 г. германские физики В.Майснер
и Р.Оксенфельд нашли, что сверхпроводники при переходе в сверхпроводящее
состояние становятся безупречными диамагнентиками. Потому наружное магнитное поле
не просачивается в сверхпроводящее тело. Если переход материала в сверхпроводящее
состояние происходит в магнитном поле, то поле «выталкивается» из
сверхпроводника.

Известные сверхпроводники имеют
очень низкие критичные температуры перехода Тк . Потому устройства, в
которых употребляются сверхпроводники, должны работать в критериях остывания
водянистым гелием (температура сжижения гелия при обычном давлении приблизительно 4,2
К). Это усложняет и удорожает создание и эксплуатацию сверхпроводниковых
материалов.

Не считая ртути сверхпроводимость
присуща и другим незапятнанным металлам (хим элементам) и разным сплавам и
хим соединениям. Но такие металлы, как серебро и медь, при самых
низких температурах, достигнутых в текущее время, перевести в сверхпроводящее
состояние не удалось.

Способности использования явления
сверхпроводимости определяются значениями температуры перехода в сверхпроводящее
состояние Тк и критичной напряженности магнитного поля.

Сверхпроводниковые материалы
подразделяют на мягенькие и твердые. К мягеньким сверхпроводникам относят незапятнанные
металлы, кроме ниобия, ванадия, теллура. Главным недочетом мягеньких
сверхпроводников является низкое значение критичной напряженности магнитного
поля.

В электротехнике мягенькие
сверхпроводники не используются, так как сверхпроводящее состояние в этих
материалах исчезает уже в слабеньких магнитных полях при маленьких плотностях тока. 

К жестким сверхпроводникам относят
сплавы с искаженными кристаллическими решетками. Они сохраняют сверхпроводимость
даже при относительно огромных плотностях тока и сильных магнитных полях.

Характеристики жестких сверхпроводников
были открыты посреди нашего столетия и по сей день неувязка их
исследования и внедрения является одной из важных заморочек современной науки
и техники.

Твердые сверхпроводники владеют
рядом особенностей:

• при
  охлаждении переход в сверхпроводящее состояние происходит не резко, как у
  мягеньких сверхпроводников, а в протяжении некого температурного
  интервала;

• некие
  из жестких сверхпроводников имеют не только лишь сравнимо высочайшие значения
  критичной температуры перехода Тк, да и относительно высочайшие значения
  критичной магнитной индукции Вкр;

• при
  изменении магнитной индукции могут наблюдаться промежные состояния меж
  сверхпроводящим и обычным;

• имеют
  тенденцию к рассеянию энергии при пропускании через их переменного тока;

• зависимость
  параметров сверхпроводимости от технологических режимов производства, чистоты
  материала и совершенства его кристаллической структуры.

По технологическим свойствам
твердые сверхпроводники делят на последующие виды:

• сравнимо просто деформируемые, из которых можно изготавливать проволоку и
  ленты [ниобий, сплавы ниобий-титан (Nb-Ti), ванадий-галлий (V-Ga)];

• тяжело
  поддающиеся деформации из-за хрупкости, из которых получают изделия способами
  порошковой металлургии (интерметаллические материалы типа станнида ниобия
  Nb3Sn).

Нередко сверхпроводниковые провода
покрывают «стабилизирующей» оболочкой из меди либо другого отлично проводящего
электронный ток и тепло металла, что позволяет избежать повреждения
основного материала сверхпроводника при случайном повышении температуры.

В ряде всевозможных случаев используют
композитные сверхпроводниковые провода, в каких огромное число тонких
нитевидных сверхпроводников заключено в громоздкую оболочку из меди либо другого
несверхпроводникового материала.

Пленки сверхпроводниковых
материалов имеют особенные характеристики:

• критичная
  температура перехода Ткр в ряде всевозможных случаев существенно превосходит Ткр больших
  материалов;

• огромные
  значения предельных токов, пропускаемых через сверхпроводник;

• наименьший
  температурный интервал перехода в сверхпроводящее состояние.

Сверхпроводники употребляют при
разработке: электронных машин и трансформаторов малых массы и размеров с высочайшим
коэффициентом полезного деяния; кабельных линий для передачи энергии большой
мощности на огромные расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей
энергии и устройств памяти; магнитных линз электрических микроскопов; катушек
индуктивности с печатным монтажом.

На базе пленочных
сверхпроводников сотворен ряд запоминающих устройств и частей автоматики и
вычислительной техники.

Обмотки электромагнитов из
сверхпроводников позволяют получать очень вероятные значения напряженности
магнитного поля.